一種高溫溫度和壓力光纖法布里珀羅復合微納傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微納傳感器，特別涉及一種高溫溫度和壓力光纖法布里珀羅（法 珀）復合微納傳感器，屬于光纖傳感器技術領域。
【背景技術】
[0002] 溫度、壓力的檢測廣泛應用到國民經濟的各個領域，高溫環(huán)境中同時監(jiān)測溫度、壓 力等參數，可以對系統(tǒng)的運行做出綜合性的評價。在很多高溫（大于SO(TC)、強電磁干擾、 微小尺寸的應用環(huán)境中，目前的傳感器尚不能滿足這些極端需求，而光纖傳感器因為本質 耐高溫、抗電磁干擾、尺寸小等優(yōu)點可有效解決這些問題。
[0003] 現(xiàn)有的高溫環(huán)境應用光纖壓力傳感器主要是法布里珀羅干涉儀型傳感器， Yizheng等和Frederik等分別于2005年和2009年制造了薄層結構的光纖法布里?自羅壓力 傳感器，實現(xiàn)了最高600°C的壓力測量，2011年，Chuang等使用無摻雜的純石英光子晶體光 纖替代普通光纖實現(xiàn)了超過700°C環(huán)境下的壓力測量，測量溫度極限主要由薄層材料及連 接結構決定。該種壓力傳感器本身結構尺寸過大、材料連接困難、不同材料高溫熱失配造成 的連接失效、傳感器耐溫極限低和溫度交叉敏感等問題，嚴重限制了光纖FPI壓力傳感器 向更高溫度范圍拓展。
[0004] 2011年，馬俊等利用熔融放電的方法將單模光纖與空芯玻璃管熔接到一起，熔球 后形成微FP腔作為壓力傳感器，最高測試溫度可達600°C，2013年，本課題組與密蘇里科 技大學合作采用飛秒激光微納加工技術和熔融連接技術，在普通單模光纖上加工了封閉 內腔式光纖FP壓力傳感器，降低了溫度的交叉敏感，實驗中實現(xiàn)了 700°C高溫環(huán)境下0~ 0. 65MPa的壓力測量。這種一體式法布里珀羅光纖壓力傳感器主要有兩種不足，首先是普 通單模光纖的纖芯摻入鍺后會降低光纖的高溫承受能力，只能在800°C以下正常傳輸光信 號；其次是普通的干涉儀型光纖傳感器對壓力和溫度兩種物理參數都敏感，測量壓力或溫 度時會出現(xiàn)交叉敏感的問題，且不能實現(xiàn)高溫環(huán)境下溫度和壓力的同時測量。2013年，北京 長城計量測試技術研究所的張慧君等利用半導體硅測溫層和光纖構成法布里珀羅光纖傳 感器，是一種具有溫度測量功能的光纖壓力傳感器，該傳感器缺點為結構尺寸大，耐高溫極 限低等。光子晶體光纖和藍寶石光纖可以耐受1200°C以上的高溫，但是藍寶石光纖沒有纖 芯，無法實現(xiàn)遠距離傳輸光信號，且與普通單模光纖的連接也較為困難，而光子晶體光纖沒 有這方面的問題；對于單只法布里珀羅干涉儀壓力傳感器，反射膜厚度與溫度靈敏度成正 比，與壓力靈敏度成反比，利用這一規(guī)律可以降低壓力和溫度交叉敏感的問題，但是無法解 決壓力和溫度同時測量的問題。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為解決光纖傳感器在高溫環(huán)境下溫度和壓力復合測量中耐溫極 限低、雙參數交叉敏感的問題，提供了一種高溫溫度和壓力光纖法布里珀羅復合微納傳感 器。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：
[0007] -種高溫溫度和壓力光纖法布里珀羅復合微納傳感器，由依次連接的光纖接入 段、壓力傳感器段和溫度傳感器段組成；光纖接入段1用于將寬帶光信號持續(xù)引入高溫環(huán) 境中的多功能傳感器并將調制后的信號反饋；壓力傳感器段2用于在高溫和壓力作用下調 制光信號，溫度傳感器段3用于在高溫作用下調制光信號。
[0008] 所述光纖接入段為實芯光纖，所述壓力傳感器段為空芯的薄壁光纖，所述溫度傳 感器段為另一段實芯光纖；空芯的薄壁光纖中的微腔結構與光纖同軸。
[0009] 所述壓力傳感器空芯光纖內徑為IOym~120 μm，外徑為125 μm，長度為 10 μ m~2000 μ m ;溫度傳感器實芯光纖外徑為125 μ m，長度為10 μ m~2000 μ m ;壓力傳感 器的長度與溫度傳感器的長度應有顯著差別。
[0010] 所述光纖接入段采用單模光纖，包括普通單模光纖或全石英的光子晶體光纖；壓 力傳感器段和溫度傳感器段采用單模光纖或其它耐高溫的光纖。
[0011] -種高溫溫度和壓力光纖法布里珀羅復合微納傳感器的加工方法如下：
[0012] 當所述傳感器各段光纖采用同一材質的情況下，用激光在兩段光纖端面沿軸線加 工圓柱形微腔，圓柱形微腔與光纖同軸；
[0013] 將帶圓柱形微腔的兩個光纖進行連接，形成的圓柱形封閉腔構成法珀干涉型壓力 傳感器段；確定其中一段光纖為光纖接入段，切去另一段光纖的多余部分，將剩余的光纖長 度加工至所需長度，即構成法珀干涉型溫度傳感器段；
[0014] 當所述傳感器各段光纖采用不同材質的情況下，首先按上述方式加工圓柱形微 腔，并切去多余光纖得到法珀干涉型壓力傳感器段，然后將壓力傳感器段分別與光纖接入 段和溫度傳感器段進行連接，并切去溫度傳感器段光纖的多余部分，將剩余的光纖長度加 工至所需長度。
[0015] 所述連接可以采用熔接進行。
[0016] 本發(fā)明的一種高溫溫度和壓力光纖法布里珀羅復合微納傳感器，其溫度傳感器與 壓力傳感器的腔長有顯著的差別，通過采集后向反射光的光譜，并分析光譜的峰或谷的波 長，或使用光纖傅立葉變換白光干涉測量法（專利號：CN200710177837)實現(xiàn)對溫度、壓力 的同時測量。
[0017] 有益效果
[0018] 本發(fā)明設計了一種高溫溫度和壓力光纖法布里珀羅復合微納傳感器，全石英光子 晶體光纖的結構可以有效地提高傳感器的耐高溫極限，在1200°C以上的高溫環(huán)境內仍然正 常工作，也可以使用普通的單模光纖在800°C以下的環(huán)境中使用；傳感器的溫度傳感器僅 受環(huán)境溫度的影響，通過同時測量壓力傳感器段和溫度傳感器段的腔長變化可同時測量高 溫環(huán)境下溫度和壓力的變化，解決了雙參數測量時交叉敏感的問題，該傳感器具有結構尺 寸小、耐高溫和無雙參數交叉敏感的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明實施例一種高溫溫度和壓力光纖法布里珀羅復合微納傳感器的結 構示意圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明實施例一種高溫溫度和壓力光纖法布里珀羅復合微納傳感器的等 強度三光束干涉光譜圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明實施例一種高溫溫度和壓力光纖法布里珀羅復合微納傳感器的空 間頻域干涉光譜圖；
[0022] 附圖標記：
[0023] 1-光纖接入段，2-壓力傳感器段，3-溫度傳感器段，4-光反射面a，5-光反射面b， 6-光反射面C0
【具體實施方式】
[0024] 下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明加以詳細說明，同時也敘述了本發(fā)明技術方案 解決的技術問題及有益效果，需要指出的是，所描述的實施例僅旨在便于對本發(fā)明的理解， 而對其不起任何限定作用。
[0025] 實施例
[0026] 本發(fā)明的一種高溫溫度和壓力光纖法布里珀羅復合微納傳感器，其結構如圖1所 示，包括依次連接的光纖接入段1、壓力傳感器段2和溫度傳感器段3,由無截止的單模光子 晶體光纖制成；光纖接入段1用于將寬帶光信號持續(xù)引入高溫環(huán)境中的多功能傳感器并將 調制后的信號反饋；壓力傳感器段2用于在高溫和壓力作用下調制光信號，溫度