基于光纖fp干涉儀的壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及光纖應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于光纖FP干涉儀的壓力傳感器。該壓力傳感器包括光纖；所述光纖端部具有一FP腔。該壓力傳感器的基本制作方法是，在光纖端部形成氣泡FP腔，然后通過減少該氣泡靠近光纖端部的氣泡壁的厚度的方式，使該氣泡靠近光纖端部的氣泡壁成為壓力敏感區(qū)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案制作的基于光纖FP腔的壓力傳感器，采用全光纖式結(jié)構(gòu)，可避免電磁干擾對檢測結(jié)果的影響。同時，該壓力傳感器結(jié)構(gòu)及制作工藝簡單，可靠性高。使用時，只需將該光纖的FP腔所在端部置于待檢測壓力的環(huán)境中，另一端連接光譜儀，通過檢測經(jīng)FP腔反射回的激光光譜的自由譜寬的方式檢測環(huán)境壓力，具有靈敏度高的特點(diǎn)。
【專利說明】基于光纖FP干涉儀的壓力傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光纖應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于光纖FP干涉儀的壓力傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]FP干涉儀(法布里-珀羅干涉儀)在眾多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，其中一項(xiàng)應(yīng)用就是基于FP干涉儀的壓力傳感器。然而，現(xiàn)有的基于光纖FP干涉儀的壓力傳感器存在諸多缺陷。有的壓力傳感器保證了檢測精度，然而其組成部件較多，造成系統(tǒng)的整體可靠性降低。此外，該類壓力傳感器往往體積也較大，加工的工藝較為復(fù)雜。這類傳感器不適應(yīng)當(dāng)前傳感器逐漸小型化的趨勢。有的壓力傳感器在制作過程中需要利用有害腐蝕氣體對光纖內(nèi)部進(jìn)行腐蝕以形成FP腔，會對人體造成極大危險(xiǎn)。有的制作方法中需要利用拋磨技術(shù)，對連接的光纖進(jìn)行端面拋磨，不僅增加了制作成本，而且拋磨厚度不好控制，由此造成其檢測靈敏度低。綜合來看，現(xiàn)有的基于光纖FP干涉儀的壓力傳感器基本存在如下所述的一種或多種缺陷:結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作工藝復(fù)雜、制作成本高、可靠性低、靈敏度低等。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]針對以上利用傳統(tǒng)技術(shù)制作基于光纖FP干涉儀的壓力傳感器的過程中存在的問題，本實(shí)用新型擬提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制作方法簡單、靈敏度高、可靠性高的基于光纖FP干涉儀的壓力傳感器。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0004]一種基于光纖FP干涉儀的壓力傳感器，包括光纖；
[0005]所述光纖端部具有一 FP腔。
[0006]進(jìn)一步地，所述FP腔的靠近光纖端部的氣泡壁的厚度在被光纖軸心穿過的位置處最薄，由該位置向其外圍逐漸增厚。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案制作的基于光纖FP腔的壓力傳感器，采用全光纖式結(jié)構(gòu)，可避免電磁干擾對檢測結(jié)果的影響。同時，該壓力傳感器結(jié)構(gòu)及制作工藝簡單，可靠性高。使用時，只需將該光纖的FP腔所在端部置于待檢測壓力的環(huán)境中，另一端連接光譜儀，通過檢測經(jīng)FP腔反射回的激光光譜的自由譜寬的方式檢測環(huán)境壓力，具有靈敏度高的特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1:本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于光纖FP干涉儀的壓力傳感器的制作裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2:采用上述制作裝置制作上述壓力傳感器的流程示意圖；
[0010]圖3:上述流程中，兩光纖待熔接端面被切平的示意圖；
[0011]圖4:上述流程中，兩光纖待熔接端面被熱熔成弧面示意圖；
[0012]圖5:上述流程中，兩光纖被熱熔成弧面的端面上涂抹液體的示意圖；
[0013]圖6:上述流程中，兩涂抹液體后的待熔接端面的熔接過程示意圖；
[0014]圖7:上述流程中，兩涂抹液體后的待熔接端面熔接后在光纖形成的氣泡示意圖；
[0015]圖8:上述流程中，熔接后的光纖在所述氣泡部位被截?cái)嗟倪^程示意圖；
[0016]圖9:上述流程中，熔接后的光纖被截?cái)嗪蟮慕Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖10:上述流程中，氣泡壁的厚度的調(diào)節(jié)示意圖；
[0018]圖11:上述壓力傳感器制作完成時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖12:上述壓力傳感器的FP腔受到環(huán)境壓力示意圖；
[0020]圖13:上述壓力傳感器的FP腔受到環(huán)境壓力時，其沿光纖軸向的腔長變化示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]本實(shí)用新型提供的基于光纖FP干涉儀的壓力傳感器(以下簡稱壓力傳感器)，通過在光纖端部制作FP腔，通過檢測該FP腔的腔長變化實(shí)現(xiàn)對環(huán)境壓力的檢測。圖1示出了該壓力傳感器的制作裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2示出了采用上述制作裝置制作該壓力傳感器的流程示意圖。首先參考圖1，該壓力傳感器的制作裝置包括光纖熔接機(jī)1、光譜儀4、激光光源3、3dB耦合器2，制作該壓力傳感器所需材料包括待熔接的兩光纖以及液體。參考圖2，制作該壓力傳感器的步驟如下:
[0023]步驟1，如圖3所示，將兩光纖的待熔接端面切平，并將待熔接端面放入光纖熔接機(jī)I中。同時，將3dB耦合器2的兩輸入端連接激光光源3及光譜儀4，兩輸出端口中的一端連接兩待熔接光纖之一，另一端屏蔽。屏蔽3dB耦合器2的另一輸出端的目的是為避免引入反射信號干擾后續(xù)的光纖熔接及對所形成的FP干涉儀參數(shù)的調(diào)節(jié)，因此可將另一端放入溶液5中或繞成小圈。
[0024]步驟2，如圖4所示，通過設(shè)置在光纖熔接機(jī)I上的兩步進(jìn)馬達(dá)控制兩待熔接端面距離光纖熔接機(jī)I中的加熱中心的距離，然后設(shè)置熱熔參數(shù)對兩待熔接端面進(jìn)行加熱，使兩待熔接端面被熱熔成弧面6。熱熔可采用電極放電熱熔、C02激光熱熔或氫氧焰熱熔的方式?；∶?的尺寸可影響后續(xù)形成的氣泡大小，通過調(diào)節(jié)熱熔參數(shù)可控制形成的弧面6的尺寸。若采用電極放電，則熱熔參數(shù)為放電功率與放電時間，若采用C02激光熱熔，則熱熔參數(shù)為激光功率與加熱時間，若采用氫氧焰熱熔，則熱熔參數(shù)為氫氧焰的溫度。
[0025]步驟3、如圖5所示，在被熱熔成弧面的兩待熔接端面上涂抹液體7。當(dāng)兩光纖的待熔接端面被熱熔成弧面6后，將兩光纖取出，并在兩光纖的弧面6上涂抹液體7，然后再放入光纖熔接機(jī)I中。
[0026]步驟4、如圖5箭頭所示，將兩光纖的兩待熔接端面正對，然后通過兩步進(jìn)馬達(dá)將涂抹了液體7的兩待熔接端面向中間移動，使兩待熔接端面接觸，并將接觸面置于光纖熔接機(jī)I的加熱中心處，然后設(shè)置熱熔參數(shù)對兩待熔接端面進(jìn)行熔接(如圖6所示)。在熔接過程中所涂抹的液體7汽化而在熔接后的光纖中形成氣泡8 (如圖7所示)。
[0027]步驟5、如圖8所示，將所述氣泡8兩端的光纖分別向各自一端拉伸，在拉伸過程中對氣泡部位進(jìn)行加熱，使該氣泡分成兩個，并分別位于截?cái)嗪笏纬傻膬晒饫w的端部。如圖9所示，兩個氣泡分別定義為第一氣泡801及第二氣泡802。至此，初步形成兩個壓力傳感器，第一氣泡801和第二氣泡802分別為兩個壓力傳感器的FP腔。
[0028]步驟6、如圖10所示(以其中一個壓力傳感器為例)，對位于光纖端部的第一氣泡801進(jìn)行加熱，使其膨脹，進(jìn)而使第一氣泡801靠近光纖端部的氣泡壁厚度變薄。在此過程中可通過調(diào)節(jié)加熱中心與光纖端部的距離L，或者控制加熱溫度的方式，控制氣泡壁變薄的程度。在對第一氣泡801進(jìn)行加熱使其靠近光纖端部的氣泡壁變薄的過程中，通過光譜儀實(shí)時監(jiān)測反射光譜，從而監(jiān)測該氣泡壁的厚度。當(dāng)該氣泡壁的厚度變薄到納米或亞微米級時，或者低于設(shè)定值時即可停止對第一氣泡801進(jìn)行加熱。此時，壓力傳感器的制作完成。
[0029]制作完成的壓力傳感器如圖11所示，第一氣泡801作為該壓力傳感器的FP腔，而第一氣泡801靠近光纖端部的氣泡壁(圖11中虛線所示區(qū)域)就是該壓力傳感器的壓力敏感區(qū)域。從圖11還可以看出，第一氣泡801靠近光纖端部的氣泡壁在被光纖軸心穿過的位置厚度最薄，由該位置向其外圍，厚度逐漸增厚，這種厚度漸變式的氣泡壁結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的等厚度FP腔腔壁結(jié)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，可避免傳統(tǒng)的等厚度FP腔腔壁結(jié)構(gòu)因結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定所引起的干擾信號。
[0030]進(jìn)行壓力檢測時，將光纖的FP腔所在端部置于待檢測壓力的環(huán)境中，另一端連接光譜儀等光譜分析儀器。光纖的FP腔所在端部處于壓力環(huán)境中時，環(huán)境對FP腔施加的壓力如圖12箭頭所示。如圖13所示，L為FP腔未受到環(huán)境壓力時，其沿光纖軸向的腔長。當(dāng)FP腔受到一個環(huán)境壓力P時，其壓力敏感區(qū)域因受到環(huán)境壓力會向內(nèi)凹，從而導(dǎo)致FP腔沿光纖軸向的腔長縮短相應(yīng)的長度AL。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，AL與P之間具有對應(yīng)關(guān)系，而FP腔沿光纖軸向的腔長與經(jīng)FP腔反射回的激光光譜的自由譜寬之間也存在對應(yīng)關(guān)系，因此，通過檢測經(jīng)FP腔反射回的激光光譜的自由譜寬可檢測出FP腔沿光纖軸向的腔長，從而檢測出AL，進(jìn)而檢測出環(huán)境壓力P。
[0031]由于環(huán)境壓力導(dǎo)致FP腔沿光纖軸向的腔長產(chǎn)生相應(yīng)變化，進(jìn)而導(dǎo)致經(jīng)FP腔反射回的激光光譜的自由譜寬產(chǎn)生相應(yīng)變化的過程是非常迅速的，中間不存在滯后性問題，因此這種壓力傳感器具有很高靈敏度。同時，通過增大FP腔的半徑或減少壓力敏感區(qū)域的厚度都可以進(jìn)一步增加該壓力傳感器的靈敏度。
[0032]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光纖FP干涉儀的壓力傳感器，其特征在于，包括光纖； 所述光纖端部具有一 FP腔；所述FP腔的靠近光纖端部的氣泡壁的厚度在被光纖軸心穿過的位置處最薄，由該位置向其外圍逐漸增厚。
【文檔編號】G01L1/24GK204027744SQ201420209878
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】王義平, 廖常銳, 劉申 申請人:深圳大學(xué)