本實用新型提供了一種基于多個法布里-珀羅微腔的光纖氣壓傳感裝置，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大氣壓力在氣象遙測、飛行器定高、野外作業(yè)等領(lǐng)域中，是一項非常重要的參數(shù)。尤其是近年來，隨著無人機飛行器領(lǐng)域的革命性發(fā)展，通過遙測大氣壓力，對無人機的高度進(jìn)行快速、實時、準(zhǔn)確的監(jiān)測顯得十分迫切。在傳統(tǒng)大氣壓力測量領(lǐng)域，多采用力平衡式、諧振式和壓阻式的氣壓傳感技術(shù)。與之相比，光纖氣壓傳感器因其具有體積小、抗電磁干擾、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性強、可調(diào)參數(shù)多這些優(yōu)點，越來越受到市場上的廣泛關(guān)注。

在眾多種類的光纖氣壓傳感器的配置中，基于法布里-珀羅微腔的光纖氣壓傳感器具有高敏感度、體積小和對反射模式的簡易操作等特點，在研究領(lǐng)域中具有特別的吸引力。此類傳感器分有兩種不同的操作機制：腔體長度變化型和腔中折射率變化型。基于腔體長度變化型的法布里-珀羅干涉儀氣體壓力傳感器氣體壓力敏感度相對較低。在光纖端面上加上超薄隔膜后，此類傳感器雖然可以實現(xiàn)最高100nm/MPa的超高靈敏度，但是只具有幾十kPa的有限測量范圍。更為重要的是，具有超薄隔膜的光纖的傳感頭的堅固性較差，并且在危險環(huán)境下難以維持。對于基于腔中折射率變化的法布里-珀羅干涉儀氣體壓力傳感器來說，雖然可以實現(xiàn)更大范圍的測量和更好的堅固性，然而，其靈敏度通常低至幾十μm/MPa。

綜上所述，光纖氣體壓力傳感器具有很大的開發(fā)前景，是最具潛力的研究方向之一。盡管，目前仍存在許多問題亟待解決，例如提高靈敏度、加大測量范圍、增強堅固性和考慮溫度交叉性等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于多個法布里-珀羅微腔的光纖氣壓傳感裝置，其制作過程簡單，體積小，成本低，并具有靈敏度高、測量范圍較廣、堅固性強等優(yōu)點。

1.本實用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：一種基于多個法布里-珀羅微腔的光纖氣壓傳感裝置，包括寬帶光源，環(huán)形器，傳感頭，光譜分析儀，其連接方式為：環(huán)形器進(jìn)口端與寬帶光源連接，環(huán)形器出口端與傳感頭連接，環(huán)形器反饋端和光譜分析儀相連接；其特征在于：所述的傳感頭，由石英毛細(xì)管與單模光纖構(gòu)成。在熔接機連續(xù)放電作用下，其毛細(xì)管中的一部分膨脹為空心球腔，并在單模光纖-毛細(xì)管的熔接面形成毛細(xì)管薄層。

所述單模光纖纖芯直徑為8.2μm，光纖直徑為125μm。

所述石英毛細(xì)管為長度約0.8mm，附著在單模光纖上的毛細(xì)管段。其內(nèi)徑為50μm，外徑為150μm。

所述傳感頭的制作方法是：使用熔接機，在放電功率為45bit，放電時間為400ms的熔接模式下，先將長度約為0.8mm的毛細(xì)管段熔接到單模光纖上。在熔接機提供的兩端應(yīng)力作用下，再將毛細(xì)管的另一端與另一單模光纖在放電功率為45bit，放電時間為3000ms的熔接模式下進(jìn)行連續(xù)放電進(jìn)行熔接，直至毛細(xì)管的一部分膨脹為空心球腔，并且在單模光纖-毛細(xì)管的熔接處形成薄層。最后在毛細(xì)管一側(cè)，遠(yuǎn)離單模光纖-毛細(xì)管的熔接處約410μm的位置切割毛細(xì)管。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

1、傳感頭的材料選用單模光纖與石英毛細(xì)管，具有制作方法簡單、材料價格低廉、化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點。

2、傳感頭對氣壓和溫度都具有敏感性，可以用于溫度與氣壓的雙參數(shù)同時測量。

3、傳感頭的氣壓靈敏度較高(4.067nm/MPa)，且氣壓測量范圍較大。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。

圖1為本實用新型的實施應(yīng)用系統(tǒng)示意圖。

圖2為本實用新型的光纖傳感頭結(jié)構(gòu)圖。

圖中，1.寬帶光源，2.環(huán)形器，3.傳感頭，4.光譜分析儀，5.單模光纖，5a.單模光纖纖芯，5b.單模光纖包層，6.毛細(xì)管薄層，6a.毛細(xì)管薄層前壁，6b.毛細(xì)管薄層后壁，7.球型空氣腔，7a.球型空氣腔后壁，8.毛細(xì)管，8a.毛細(xì)管切割端面。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施實例對本實用新型作進(jìn)一步描述：

圖1所示為本實用新型的實施應(yīng)用系統(tǒng)示意圖，包括寬帶光源1、環(huán)形器2、傳感頭3、光譜分析儀4。其連接方式為：環(huán)形器2有三個接口端，分別為：光源進(jìn)口端，光源出口端，反饋端。進(jìn)口端與寬帶光源1連接，出口端與連接傳感頭3連接，反饋端和光譜分析儀4相連接。

圖2所示為本實用新型的光纖傳感頭3的結(jié)構(gòu)示意圖，所述的傳感頭3，由單模光纖5、毛細(xì)管薄層6、球型空氣腔7和毛細(xì)管8構(gòu)成，單模光纖5包括單模光纖纖芯5a和單模光纖包層5b，單模光纖的纖芯和光纖直徑分別為8.2μm和125μm；傳感頭3中的毛細(xì)管薄層6包括毛細(xì)管薄層前壁6a和毛細(xì)管薄層后壁6b，其厚度約為27μm；傳感頭3中的球型空氣腔7包含球型空氣腔后壁7a，球型空氣腔長度約為118.5μm。傳感頭3中的毛細(xì)管8經(jīng)過切割后，形成毛細(xì)管切割端面8a；傳感頭3中的毛細(xì)管8由純石英制成，其內(nèi)徑為50μm，外徑為150μm。

所述傳感頭的制作方法是：將單模光纖5與毛細(xì)管8放置在光纖熔接機的兩端，在熔接機提供的兩端應(yīng)力作用下，毛細(xì)管端面緊貼單模光纖端面。在放電功率為45bit，放電時間為3000ms的熔接模式下進(jìn)行連續(xù)放電，直至毛細(xì)管8的一部分膨脹為空心球腔7，并且在單模光纖-毛細(xì)管的熔接處形成毛細(xì)管薄層6，此毛細(xì)管薄層6、球型空氣腔7與毛細(xì)管切割端面8a共同構(gòu)成多個法布里-珀羅微腔結(jié)構(gòu)。

結(jié)合圖1，2，介紹具體的工作原理：傳感頭3接收來自寬帶光源1發(fā)出的經(jīng)由環(huán)形器2傳遞的光，當(dāng)光從單模光纖的一側(cè)入射時發(fā)生多光束干涉。由于從單模光纖的纖芯到毛細(xì)管的折射率變化，在毛細(xì)管薄層前壁6a處發(fā)生第一次反射，隨后又因為毛細(xì)管薄層6到空氣的折射率的變化，在毛細(xì)管薄層后壁6b處發(fā)生第二反射。部分透射光進(jìn)入球形空氣腔7并被球型空氣腔后壁7a反射，另一部分光沿著毛細(xì)管的薄壁傳播并被毛細(xì)管切割端面8a反射。因此，傳感器3由毛細(xì)管薄層前壁6a，毛細(xì)管薄層后壁6b、球型空氣腔后壁7a和毛細(xì)管切割端面8a這4個主要的反射面構(gòu)成，4個反射端面所反射的光形成6個不同的干涉模式，其中由3對反射面所構(gòu)成的3種干涉模式起主要作用，這3對反射面分別是：

1、毛細(xì)管薄層前壁6a與毛細(xì)管薄層后壁6b。

2、毛細(xì)管薄層后壁6b與球型空氣腔后壁7a。

3、球型空氣腔后壁7a與毛細(xì)管切割端面8a。

這3對反射面形成了主要干涉條紋。當(dāng)傳感器頭受到氣體壓力或溫度變化時，腔長度或腔介質(zhì)折射率將改變，這導(dǎo)致法布里-珀羅腔的光程差的變化并導(dǎo)致輸出光譜圖案漂移。由于在輸出光譜中存在多個波谷，可以通過跟蹤兩個波谷波長的漂移來實現(xiàn)氣體壓力和溫度的同時檢測。

以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)被理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。