專利名稱：一種新型的塑料光纖液壓傳感方法
一種新型的塑料光纖液壓傳感方法技術(shù)領域
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領域，涉及一種基于光纖塑料FP (法布里一珀羅)干涉的液壓傳感方法。
背景技術(shù)：
光纖的出現(xiàn)帶來了人類通信和信息技術(shù)的革命性發(fā)展。在通信領域，玻璃光纖成為信息傳輸?shù)闹饕橘|(zhì)。在當前光纖到戶技術(shù)發(fā)展的背景下，塑料光纖做為短距離信息傳輸媒介成為光纖到設備以及家用光纖連接的主要信息傳輸介質(zhì)已經(jīng)得到了迅猛的發(fā)展。在光纖傳感技術(shù)領域，塑料光纖表現(xiàn)出優(yōu)于玻璃光纖的溫度、應力響應以及更好的柔韌性、低成本等特性，基于塑料光纖的傳感技術(shù)得到了人們的極大關注。塑料光纖傳感技術(shù)在生物、 醫(yī)學、航天、航空、機械、石化、建筑、高鐵、橋梁、國防工業(yè)等領域具有重要的應用潛力。
在光纖液壓傳感技術(shù)領域，目前幾乎所有的研究都集中在玻璃光纖的液壓傳感方面，包括基于玻璃光纖的光纖布拉格光柵液壓傳感技術(shù)、基于特種玻璃光纖的液壓傳感技術(shù)、基于玻璃光纖FP干涉的液壓傳感技術(shù)等。玻璃光纖以二氧化硅為主要材料，根據(jù)二氧化硅的特性，玻璃光纖液壓傳感可以做到很大的測量范圍(幾百兆帕)，當時靈敏度不高。此外，對于應用于人體內(nèi)的血壓測量等特殊場合，玻璃光纖不易彎曲，而且非常易碎，對醫(yī)療安全不利。而采用塑料光纖做為傳感介質(zhì)，可以實現(xiàn)高靈敏度并避免因此折斷、易碎引發(fā)的風險。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了基于一種基于光纖塑料FP干涉的液壓傳感方法。
本發(fā)明的方法包括以下步驟步驟(1)選擇一個輸出波長覆蓋SOOnm至900nm的寬帶光源、一個三端口塑料光纖耦合器、一個塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^和一個工作波長覆蓋SOOnm至900nm的光譜分析儀；步驟( 將寬帶光源的輸出端口和塑料光纖耦合器的一個輸入端口光纖連接；將該塑料光纖耦合器的一個輸出端口和塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^光纖連接，該塑料光纖耦合器的一個輸出端口和光譜分析儀的輸入端口光纖連接；步驟C3)將塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^置入需要測量液壓的液體環(huán)境。所說的塑料光纖 FP干涉?zhèn)鞲蓄^是由以下步驟制作而成1)截取一段長度大于10厘米、光纖直徑為D(100 500微米)、芯徑為d (20 300微米)的塑料光纖，采用商用的193nm激光器在塑料光纖中部打出一個缺口，缺口寬度為L (10 100微米)，深度為H (70 300微米)，以上所說尺寸滿足￡)>d+Wpm和￡)-10^>/￡>(^ + ￡))/2 ；2)將打出缺口的塑料光纖插入內(nèi)徑和塑料光纖外徑一致、外徑為Ds (3 20毫米)、長度為Ls (3 100毫米)的空心塑料管，保持塑料光纖的缺口在空心塑料管的中間部位；3)將空心塑料管和塑料光纖加熱固定。
光注入塑料光纖的時侯，塑料光纖缺口形成FP干涉，根據(jù)FP干涉理論，當 21 +/ /2= Λ , = 12,3, ·.可以觀測到干涉的極大值，其中L為塑料光纖缺口兩個端面距離，1對應干涉極大值的波長。當施加塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^上的液壓發(fā)生改變的時候，對應干涉極大值的波長對應有一個波長漂移Δ1，其液壓P和波長漂移ΔΑ滿足以下關系ρ - K χ Δ1其中，JT= (w-1/2.)/(2-)為一常數(shù)。因此，可以通過測量塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^的干涉極大值波長的漂移來確定施加在塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^上的液壓。
本發(fā)明主要適用于測量液體中的液壓，利用了塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^的干涉極大值波長隨液壓變化的特性，通過的干涉極大值波長的漂移來確定液壓數(shù)值大小，實現(xiàn)了液壓傳感。本發(fā)明具有不受電磁干擾、價格低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、制作工藝簡單、高靈敏度本、適合醫(yī)療應用等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明方法中光學器件的連接示意圖； 圖2為塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^示意圖；圖3為利用本發(fā)明所得的具體測量結(jié)果圖。
具體實施方式
如圖1、和圖2所示，本發(fā)明所使用的裝置包括一個寬帶光源1、一個塑料光纖耦合器2、一個塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^3和一個光譜分析儀4。
將寬帶光源1的輸出端口和塑料光纖耦合器2的一個輸入端口光纖連接；將該塑料光纖耦合器2的一個輸出端口和塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^3光纖連接，該塑料光纖耦合器 2的一個輸出端口和光譜分析儀4的輸入端口光纖連接。塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^3包括一段長度為10厘米、光纖直徑為300微米、芯徑為100微米的塑料光纖5和內(nèi)徑為300微米、外徑為10毫米、長度為20毫米的空心塑料管6。塑料光纖5經(jīng)過商用的193nm激光器加工，在中部出現(xiàn)一個缺口，缺口寬度為20微米，深度為250微米；將打出缺口的塑料光纖 5插入空心塑料管6，保持塑料光纖5的缺口在空心塑料管6的中間部位，然后將塑料光纖 5和空心塑料管6加熱固定。
利用該檢測裝置的液壓傳感方法包括以下步驟(1)選擇一個輸出波長覆蓋SOOnm至900nm的寬帶光源1、一個三端口塑料光纖耦合器2、一個塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^3和一個工作波長覆蓋SOOnm至900nm的光譜分析儀4 ；(2)將寬帶光源1的輸出端口和塑料光纖耦合器2的一個輸入端口光纖連接；將該塑料光纖耦合器2的一個輸出端口和塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^3光纖連接，該塑料光纖耦合器2的一個輸出端口和光譜分析儀4的輸入端口光纖連接；(3)將塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^3置入需要測量液壓的液體環(huán)境。塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^3包括一段長度大于10厘米、光纖直徑為D (100 500微米)、芯徑為d(20 300微米)的塑料光纖5和內(nèi)徑和塑料光纖外徑一致、外徑為Ds (3 20毫米)、長度為Ls (3 100毫米)的空心塑料管。采用商用的193nm激光器在塑料光纖5中部打出一個缺口，缺口寬度為L (10 100微米)，深度為H (70 300微米)，以上所說尺寸滿足13乏4+10片《 和￡)-+ ；將打出缺口的塑料光纖5插入空心塑料管6，保持塑料光纖5 的缺口在空心塑料管6的中間部位；將塑料光纖5和空心塑料管6加熱固定。
塑料光纖缺口形成FP干涉，根據(jù)FP干涉理論，當 21+ Ι2^μ , m = 1,2,3,"'可以觀測到干涉的極大值，其中L為石英管中光纖兩個端面距離，λ對應干涉極大值的波長。當施加塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^3上的液壓發(fā)生改變的時候，對應干涉極大值的波長對應有一個波長漂移ΔΑ，其液壓P和波長漂移Δ1滿足以下關系P= KxAA其中，Γ =(m-1/2)/(2-) dp為一常數(shù)。因此，可以通過測量塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^3的干涉極大值波長的漂移來確定施加在塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^3上的液壓。具體測量結(jié)果如圖3所示。
本發(fā)明利用了塑料光纖的FP干涉技術(shù)和空心塑料管固定技術(shù)構(gòu)建了高靈敏度的液壓傳感頭，實現(xiàn)了塑料光纖液壓傳感的新技術(shù)方案。本發(fā)明具有不受電磁干擾、價格低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、制作工藝簡單、高靈敏度、適合醫(yī)療應用等優(yōu)點。
權(quán)利要求
1. 一種新型的塑料光纖液壓傳感方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟(1)選擇一個輸出波長覆蓋SOOnm至900nm的寬帶光源、一個三端口塑料光纖耦合器、一個塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^和一個工作波長覆蓋SOOnm至900nm的光譜分析儀；所述的塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^，其具體制作方法是1)截取一段長度大于10厘米、光纖直徑D為100微米 500微米、芯徑d為 20微米 300微米的塑料光纖，采用商用的193nm激光器在塑料光纖中部打出一個缺口，缺口寬度L為10微米 100微米，深度H為70微米 300微米，滿足和D-IOawi之丑乏+.2)將打出缺口的塑料光纖插入內(nèi)徑和塑料光纖外徑一致、外徑Ds為3毫米 20毫米、 長度Ls為3毫米 100毫米的空心塑料管，保持塑料光纖的缺口在空心塑料管的中間部位；3)將空心塑料管和塑料光纖加熱固定；步驟( 將寬帶光源的輸出端口和塑料光纖耦合器的一個輸入端口光纖連接；將該塑料光纖耦合器的一個輸出端口與塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^光纖連接，該塑料光纖耦合器的一個輸出端口與光譜分析儀的輸入端口光纖連接；步驟C3)將塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^置入需要測量液壓的液體環(huán)境，開啟寬帶光源，當光注入塑料光纖的時侯，塑料光纖缺口形成FP干涉，根據(jù)FP干涉理論，當2L + lf2=ml ,m = %2,3,···可以觀測到干涉的極大值，其中L為塑料光纖缺口兩個端面距離，；I對應干涉極大值的波長；當施加塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^上的液壓發(fā)生改變的時候，對應干涉極大值的波長對應有一個波長漂移ΔΑ，其液壓P和波長漂移ΔΑ滿足以下關系P=KxAA其中，=(m-l/2)/(2.變)為一常數(shù)；通過測量塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^的干涉極大值波長的漂移來確定施加在塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^上的液壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型的塑料光纖液壓傳感方法。目前方法靈敏度不高。本發(fā)明首先確定寬帶光源、三端口光耦合器、光譜分析儀和塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^；然后將上述器件按照測量方案連接，最后將塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^置于需要測量液壓的液體環(huán)境，通過測量塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^的干涉極大值波長的漂移來確定施加在塑料光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^上的液壓。本發(fā)明具有不受電磁干擾、價格低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、制作工藝簡單、高靈敏度、適合醫(yī)療應用等優(yōu)點。
文檔編號G01L11/02GK102507074SQ201110311890
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月15日
發(fā)明者吳根柱, 姜小剛, 彭保進, 陳達如 申請人:浙江師范大學