本實(shí)用新型適用于光纖傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種溫-壓傳感器的結(jié)構(gòu)以及溫度和壓力的測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光學(xué)中，法布里－珀羅干涉(Fabry–Pérot interferometer，F(xiàn)PI)的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到各類光纖傳感器中，可以極大的提高傳感精度。

然而，現(xiàn)有的FPI光纖傳感器一般只能檢測(cè)一種物理參數(shù)，如溫度或壓力，如果要實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)量溫度和壓力，需要在傳感器中同時(shí)安裝溫度和壓力的傳感元件，這樣會(huì)增加傳感器加工的工藝復(fù)雜度及安裝復(fù)雜度。另一方面，現(xiàn)有的制作FPI光纖傳感器的方法存在一定的弊端，比如，采用端面鍍高反射薄膜的方法對(duì)鍍膜設(shè)備和工藝具有較高要求，導(dǎo)致反射薄膜的反射率低，使得檢測(cè)的壓力精度低；化學(xué)腐蝕的方法在制作過程中需要利用腐蝕氣體對(duì)光纖內(nèi)部進(jìn)行腐蝕以形成FDC腔，由于沒法對(duì)腐蝕氣體進(jìn)行精確控制會(huì)使形成的FPI干涉腔的尺寸不夠精準(zhǔn)，從而導(dǎo)致檢測(cè)到的壓力的精度低，從而降低溫度和壓力測(cè)量系統(tǒng)的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題為提供一種溫-壓傳感器的結(jié)構(gòu)以及溫度和壓力的測(cè)量系統(tǒng)，旨在解決傳感器加工的工藝復(fù)雜度高、安裝復(fù)雜以及檢測(cè)到的壓力精度低，溫度和壓力測(cè)量系統(tǒng)的可靠性低的問題。

本實(shí)用新型提供的一種溫-壓傳感器的結(jié)構(gòu)，包括：?jiǎn)文９饫w和預(yù)置長(zhǎng)度的石英玻璃管，該單模光纖的一端與該石英玻璃管的一端連接，該石英玻璃管的另一端被石英薄膜覆蓋，使得該石英玻璃管的管腔與該石英薄膜形成該預(yù)置長(zhǎng)度的法布里－珀羅干涉腔，該單模光纖的纖芯內(nèi)寫制有用于檢測(cè)溫度的光纖布拉格光柵。

本實(shí)用新型提供一種溫度和壓力測(cè)量系統(tǒng)，包括：信號(hào)解調(diào)裝置和溫-壓傳感器；

溫-壓傳感器用于測(cè)量待測(cè)環(huán)境中的溫度和壓力，并將經(jīng)過法布里－珀羅干涉腔干涉和光纖布拉格光柵后反射的光信號(hào)發(fā)送至信號(hào)解調(diào)裝置，信號(hào)解調(diào)裝置用于對(duì)該光信號(hào)進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)，得到該待測(cè)環(huán)境的溫度變化引起的光信號(hào)漂移量和該待測(cè)環(huán)境的壓力變化引起的光信號(hào)漂移量，信號(hào)解調(diào)裝置用于將待測(cè)環(huán)境的溫度變化引起的光信號(hào)漂移量和該待測(cè)環(huán)境壓力變化引起的光信號(hào)漂移量轉(zhuǎn)換為該待測(cè)環(huán)境的溫度值和壓力值，并將該溫度值和壓力值進(jìn)行顯示。

本實(shí)用新型提供一種溫-壓傳感器的結(jié)構(gòu)以及溫度和壓力的測(cè)量系統(tǒng)，溫- 壓傳感器的結(jié)構(gòu)包括：?jiǎn)文９饫w和預(yù)置長(zhǎng)度的石英玻璃管，其中，單模光纖的一端與石英玻璃管的一端連接，石英玻璃管的另一端被石英薄膜覆蓋，使得石英玻璃管的管腔與石英薄膜形成該預(yù)置長(zhǎng)度的FPI腔，單模光纖的纖芯內(nèi)寫制有用于檢測(cè)溫度的FBG。如此，將用于檢測(cè)壓力的FPI腔與用于檢測(cè)溫度的FBG 集成到一個(gè)傳感器，可以實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的同時(shí)檢測(cè)，簡(jiǎn)化了溫-壓傳感器加工的工藝復(fù)雜度和安裝復(fù)雜度。由于光纖薄膜為高反射表面，反射率高，不需要鍍膜工藝即可實(shí)現(xiàn)高反射，另外，溫-壓傳感器中FPI腔的腔長(zhǎng)是預(yù)置長(zhǎng)度的，該FPI腔的尺寸精準(zhǔn)，提高了檢測(cè)到的壓力的精度，提高了溫度和測(cè)量系統(tǒng)的可靠性。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種溫-壓傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種溫度和壓力測(cè)量系統(tǒng)；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的另一種溫度和壓力測(cè)量系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

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(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

作為本實(shí)用新型的第二個(gè)實(shí)施例，如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種溫-壓傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，該溫-壓傳感器的結(jié)構(gòu)包括：?jiǎn)文９饫w101和預(yù)置長(zhǎng)度的石英玻璃管102；

其中，單模光纖101的一端與石英玻璃管102的一端連接。

石英玻璃管102的另一端被石英薄膜103覆蓋，使得石英玻璃管102的管腔與石英薄膜103形成該預(yù)置長(zhǎng)度的FPI腔104。

該預(yù)置長(zhǎng)度為預(yù)先制備的FPI腔的長(zhǎng)度，在實(shí)際應(yīng)用中該預(yù)置長(zhǎng)度一般為 10-30um，優(yōu)選為20um。該FPI腔104為封閉的內(nèi)腔，F(xiàn)PI腔104中，石英薄膜103和與石英薄膜103相對(duì)的單模光纖的截面構(gòu)成了FPI的兩個(gè)反射面，當(dāng)待測(cè)環(huán)境中的壓力發(fā)生變化時(shí)，該石英薄膜103發(fā)生形變，這樣會(huì)使得入射光在兩個(gè)反射面干涉后的波長(zhǎng)發(fā)生變化，該溫-壓傳感器將干涉后的壓力光信號(hào)發(fā)送到信號(hào)解調(diào)裝置，由該信號(hào)解調(diào)裝置檢測(cè)該壓力光信號(hào)的漂移量，進(jìn)而得出該待測(cè)環(huán)境的壓力值。

進(jìn)一步地，該石英薄膜103通過與石英玻璃管102的另一端熔接來進(jìn)行覆蓋。該石英薄膜為中間厚兩邊薄的納米薄膜，這樣，對(duì)壓力更加敏感，增加壓力檢測(cè)的精度。

進(jìn)一步地，石英薄膜103的中心與石英玻璃管102界面的圓心重合。

單模光纖101的纖芯內(nèi)寫制有用于檢測(cè)溫度的FBG105。

其中，F(xiàn)BG105的長(zhǎng)度小于1mm。單模光纖101與石英玻璃管102的連接處均為平整端口。由于受到待測(cè)環(huán)境的溫度影響，會(huì)使得FBG間隔尺寸發(fā)生變化，該入射光經(jīng)過該FBG反射后，輸出的溫度的光信號(hào)的波長(zhǎng)發(fā)生變化，該溫-壓傳感器將該溫度光信號(hào)發(fā)送至該信號(hào)解調(diào)裝置，由該信號(hào)解調(diào)裝置檢測(cè)該溫度光信號(hào)的漂移量，進(jìn)而得出該待測(cè)環(huán)境的壓力值。需要說明的是，該壓力光信號(hào)與該溫度光信號(hào)為不同的波長(zhǎng)范圍。

進(jìn)一步地，該FBG通過飛秒激光點(diǎn)-點(diǎn)或劃線方式寫制。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，溫-壓傳感器的結(jié)構(gòu)包括：?jiǎn)文９饫w101和預(yù)置長(zhǎng)度的石英玻璃管102，其中，單模光纖101的一端與石英玻璃管102的一端連接，石英玻璃管102的另一端被石英薄膜103覆蓋，使得石英玻璃管101的管腔與石英薄膜103形成該預(yù)置長(zhǎng)度的FPI腔104，單模光纖101的纖芯內(nèi)寫制有用于檢測(cè)溫度的FBG105。如此，將用于檢測(cè)壓力的FPI腔與用于檢測(cè)溫度的FBG 集成到一個(gè)傳感器，可以實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的同時(shí)檢測(cè)，簡(jiǎn)化了溫-壓傳感器加工的工藝復(fù)雜度和安裝復(fù)雜度。由于光纖薄膜為高反射表面，反射率高，不需要鍍膜工藝即可實(shí)現(xiàn)高反射，另外，溫-壓傳感器中FPI腔的腔長(zhǎng)是預(yù)置長(zhǎng)度的，該FPI腔的尺寸精準(zhǔn)，提高了檢測(cè)到的壓力的精度，提高了溫度和測(cè)量系統(tǒng)的可靠性。

請(qǐng)參閱圖2，圖2是本實(shí)用新型第二實(shí)施例提供的溫度和壓力的測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，為了便于說明，僅示出了與本實(shí)用新型實(shí)施例相關(guān)的部分。圖2示例的溫度和壓力的測(cè)量系統(tǒng)，主要包括：信號(hào)解調(diào)裝置111和溫-壓傳感器112。以上各功能模塊詳細(xì)說明如下：

溫-壓傳感器112，用于測(cè)量待測(cè)環(huán)境中的溫度和壓力，并將經(jīng)過FPI腔干涉和FBG反射的光信號(hào)發(fā)送至該信號(hào)解調(diào)裝置111。

在實(shí)際應(yīng)用，溫-壓傳感器112通過單模光纖與信號(hào)解調(diào)裝置111相連，還用于接收信號(hào)解調(diào)裝置111發(fā)射的光。信號(hào)解調(diào)裝置111發(fā)射的光經(jīng)過FPI腔干涉以及FBG反射后，輸出光信號(hào)的波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生改變，溫-壓傳感器112將光信號(hào)通過單模光纖發(fā)送至信號(hào)解調(diào)裝置111。

信號(hào)解調(diào)裝置111，用于對(duì)該光信號(hào)進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)，得到該待測(cè)環(huán)境的溫度變化引起的光信號(hào)漂移量和該待測(cè)環(huán)境的壓力變化引起的光信號(hào)漂移量。

信號(hào)解調(diào)裝置111，用于將該待測(cè)環(huán)境的溫度變化引起的光信號(hào)漂移量和該待測(cè)環(huán)境壓力變化引起的光信號(hào)漂移量轉(zhuǎn)換為該待測(cè)環(huán)境的溫度值和壓力值，并將該溫度值和壓力值進(jìn)行顯示。

實(shí)際應(yīng)用中，如圖3所示，該信號(hào)解調(diào)裝置111包括：白光光源1111、3dB 耦合器1112和解調(diào)儀1113。信號(hào)解調(diào)裝置111中的白光光源通過單模光纖將該光發(fā)射到3dB耦合器1112，3dB耦合器1112將該預(yù)置波長(zhǎng)的光通過單模光纖發(fā)射到該溫-壓傳感器112。該預(yù)置波長(zhǎng)為預(yù)先設(shè)置的信號(hào)解調(diào)裝置111發(fā)送到溫-壓傳感器112中的入射光的波長(zhǎng)。該預(yù)置波長(zhǎng)包括預(yù)置溫度信號(hào)的波長(zhǎng)和預(yù)置壓力信號(hào)的波長(zhǎng)。

進(jìn)一步地，信號(hào)解調(diào)裝置111，用于將該待測(cè)環(huán)境的溫度變化引起的光信號(hào)漂移量和該待測(cè)環(huán)境的壓力變化引起的光信號(hào)漂移量轉(zhuǎn)換為溫度電信號(hào)和壓力電信號(hào)。

舉例說明，信號(hào)解調(diào)裝置111將該溫度光信號(hào)的漂移量1nm轉(zhuǎn)換為溫度電信號(hào)Xmv，信號(hào)解調(diào)裝置111將該壓力光信號(hào)的漂移量-1nm轉(zhuǎn)換為溫度電信號(hào)-Xmv。

信號(hào)解調(diào)裝置111，用于利用預(yù)置補(bǔ)償值對(duì)該溫度電信號(hào)和該壓力電信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償和校準(zhǔn)，并利用預(yù)設(shè)溫度修正值和預(yù)設(shè)壓力修正值分別對(duì)補(bǔ)償后的溫度電信號(hào)和補(bǔ)償后的壓力電信號(hào)進(jìn)行修正。

該預(yù)置補(bǔ)償值為預(yù)先設(shè)置的對(duì)該溫度電信號(hào)和該壓力電信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臄?shù)值。該預(yù)置補(bǔ)償值可以通過補(bǔ)償公式計(jì)算得出，也可以為某一固定的數(shù)值。該預(yù)設(shè)溫度修正值為通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的數(shù)值，用來修正該壓力電信號(hào)對(duì)該溫度電信號(hào)的干擾。該預(yù)設(shè)壓力修正值為通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的數(shù)值，用來修正該溫度電信號(hào)對(duì)該壓力電信號(hào)的干擾。

信號(hào)解調(diào)裝置111，用于分別將修正后的溫度電信號(hào)和修正后的壓力電信號(hào)轉(zhuǎn)換為該溫度值和該壓力值。

本實(shí)用新型實(shí)施例，溫-壓傳感器112用于測(cè)量待測(cè)環(huán)境中的溫度和壓力，并將經(jīng)過法布里－珀羅干涉腔干涉和光纖布拉格光柵后反射的光信號(hào)發(fā)送至信號(hào)解調(diào)裝置111，信號(hào)解調(diào)裝置111用于對(duì)該光信號(hào)進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)，得到待測(cè)環(huán)境的溫度變化引起的光信號(hào)漂移量和所述待測(cè)環(huán)境的壓力變化引起的光信號(hào)漂移量，信號(hào)解調(diào)裝置111用于將該待測(cè)環(huán)境的溫度變化引起的光信號(hào)漂移量和該待測(cè)環(huán)境壓力變化引起的光信號(hào)漂移量轉(zhuǎn)換為該待測(cè)環(huán)境的溫度值和壓力值，并將該溫度值和壓力值進(jìn)行顯示。如此，一方面，由于溫-壓傳感器可以實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的同時(shí)檢測(cè)，簡(jiǎn)化了溫-壓傳感器加工的工藝復(fù)雜度和安裝復(fù)雜度；另一方面，由于該溫-壓傳感器中單模光纖為高反射表面，反射率高，不需要鍍膜工藝即可實(shí)現(xiàn)高反射，另外，溫-壓傳感器中法布里－珀羅干涉腔的尺寸精準(zhǔn)，提高了檢測(cè)到的壓力的精度，提高了溫度和測(cè)量系統(tǒng)的可靠性。

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)。