一種光纖雙法-珀壓力傳感器、測量裝置及計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖雙法-珀壓力傳感器、測量裝 置及計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖法布里-J 自羅干涉儀（Fiber-optic Fabry-Perot interferometer, FFPI)，簡 稱光纖法-珀干涉儀，或光纖法-珀腔，是一種典型的光纖傳感結(jié)構(gòu)。
[0003] 根據(jù)腔內(nèi)介質(zhì)是否為光纖，又分為本征法-泊腔（Intrinsic Fabry-Perot interferometer, IFPI)和非本征法-泊腔（Extrinsic Fabry-Perot interferometer, EFPI)。由于非本征法-泊腔傳感器制作簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu) 點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境測量和大型結(jié)構(gòu)監(jiān)測中，如用作壓力、應(yīng)變等傳感器。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，如圖1所示，采用兩個(gè)非本征法-珀腔構(gòu)成壓力傳感器。但由于非本 征法-珀腔對環(huán)境溫度敏感，使得在環(huán)境溫度變化明顯或者測量精度要求高時(shí)，對測量結(jié) 果造成一定的影響。
[0005] 通過在非本征法-珀腔傳感器上再連接一個(gè)溫度傳感單元，如光纖光柵（FBG)用 作溫度測量和補(bǔ)償。但引入額外的結(jié)構(gòu)會增加傳感器的復(fù)雜度，且在探頭安裝與封裝過程 中帶來各種問題，如串聯(lián)光柵的光纖法-珀腔壓力傳感器，就需要無應(yīng)力封閉光纖光柵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種光纖雙法-珀壓力傳感器、測量裝置及 計(jì)算方法，可以消除環(huán)境溫度對壓力傳感器的影響，從而提高測量精度。
[0007] 第一方面，本發(fā)明提供了一種光纖雙法-珀壓力傳感器，包括毛細(xì)管、入射光纖和 反射光纖，所述毛細(xì)管包括密封端和開口端，在所述毛細(xì)管內(nèi)部靠近密封端一側(cè)設(shè)置有長 度為第一腔長的反射光纖，所述反射光纖與所述毛細(xì)管形成腔長為第一腔長的本征法-珀 腔，用于根據(jù)所述第一腔長得到環(huán)境溫度；
[0008] 在所述毛細(xì)管開口端設(shè)置有入射光纖，所述入射光纖與所述反射光纖之間距離為 第二腔長，所述入射光纖、所述反射光纖與所述毛細(xì)管形成第二腔長的非本征法-珀腔，用 于根據(jù)所述第二腔長得到所述非本征法-珀腔數(shù)據(jù)，所述非本征法-珀腔數(shù)據(jù)與外部壓力 和所述環(huán)境溫度相關(guān)。
[0009] 可選地，所述第一腔長大于第二腔長，用于使本征法-珀腔的溫度靈敏度高于非 本征法-珀腔的溫度靈敏度。
[0010] 可選地，所述反射光纖的兩端為平面，且所述平面垂直于所述毛細(xì)管內(nèi)壁；
[0011] 所述入射光纖與所述反射光纖相鄰的一端為平面，所述平面垂直于所述毛細(xì)管內(nèi) 壁。
[0012] 可選地，所述入射光纖與所述反射光纖通過環(huán)形焊固定在所述毛細(xì)管內(nèi)部。
[0013] 可選地，所述毛細(xì)管采用熔融石英制成。
[0014] 第二方面，本發(fā)明還提供了一種光纖法-珀壓力測量裝置，利用上述的光纖雙 法-泊壓力傳感器制成，還包括計(jì)算單元，
[0015] 所述計(jì)算單元用于根據(jù)所述第一環(huán)境溫度與所述非本征法-珀腔數(shù)據(jù)計(jì)算所述 外部壓力。
[0016] 第三方面，本發(fā)明還提供了一種光纖雙法-珀壓力傳感器的壓力計(jì)算方法，該光 纖雙法-珀壓力傳感器包括毛細(xì)管、入射光纖和反射光纖，所述毛細(xì)管包括密封端和開口 端，在所述毛細(xì)管內(nèi)部靠近密封端處設(shè)置有第一腔長的反射光纖，所述反射光纖與所述毛 細(xì)管形成第一腔長的本征法-珀腔；通過所述毛細(xì)管開口端設(shè)置有入射光纖，所述入射光 纖與所述反射光纖之間距離為第二腔長，所述入射光纖、所述反射光纖與所述毛細(xì)管形成 第二腔長的非本征法-珀腔；該方法包括：
[0017] 根據(jù)所述第一腔長得到環(huán)境溫度；
[0018] 根據(jù)所述第二腔長得到所述非本征法-珀腔數(shù)據(jù)，所述非本征法-珀腔數(shù)據(jù)與外 部壓力和所述環(huán)境溫度相關(guān)；
[0019] 根據(jù)所述第一環(huán)境溫度與所述非本征法-珀腔數(shù)據(jù)計(jì)算所述外部壓力。
[0020] 可選地，所述根據(jù)所述第一腔長得到環(huán)境溫度的步驟，計(jì)算式為：
[0021] Δ T = Δ G2ZG2 a 1
[0022] 其中，Δ G2為本征法-珀腔的第一腔長變化值，G 2為本征法-珀腔的實(shí)際腔長，a ^ 為反射光纖的熱膨脹系數(shù)，A T為溫度變化值。
[0023] 可選地，所述根據(jù)所述第一環(huán)境溫度與所述非本征法-珀腔數(shù)據(jù)計(jì)算所述外部壓 力，還包括計(jì)算所述溫度變化引起第二腔長變化的步驟
[0024] 可選地，所述計(jì)算溫度變化引起第二腔長變化的步驟，計(jì)算式為：
[0025] AG1= G1Q1AT
[0026] 其中，Λ G1為非本征法-珀腔的第二腔長變化值，G為本征法-珀腔的實(shí)際腔長， Ct1為反射光纖的熱膨脹系數(shù)，Δ T為溫度變化值。
[0027] 本發(fā)明通過結(jié)合光纖法-珀腔傳感器與光纖非法-珀腔傳感器，可以在已知光纖 法-珀腔的腔長情況下，得到當(dāng)前環(huán)境溫度；在得到光纖非法-珀腔的腔長的情況下，結(jié)合 當(dāng)前環(huán)境溫度，測得光纖雙法-珀壓力傳感器所受到的外部壓力，從而消除環(huán)境溫度對測 量時(shí)的影響。本發(fā)明傳感器的不改變原有封閉、結(jié)構(gòu)簡單。
【附圖說明】
[0028] 通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理 解為對本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：
[0029] 圖1示出了非本征法-珀腔示意圖；
[0030] 圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例中光纖雙法-珀腔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ] 附圖標(biāo)記：10-毛細(xì)管，11-毛細(xì)管密封端，12-毛細(xì)管開口端，20-反射光纖， 21-反射光纖端面，30-入射光纖，31-入射光纖端面，40-環(huán)形固定位置。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實(shí)施 例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0033] 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可 以采用其他不同于在此描述的其他方式來實(shí)施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開 的具體實(shí)施例的限制。
[0034] 第一方面，本發(fā)明提供了一種光纖雙法-珀壓力傳感器，包括毛細(xì)管、入射光纖和 反射光纖，毛細(xì)管包括密封端和開口端，在毛細(xì)管內(nèi)部靠近密封端一側(cè)設(shè)置有長度為第一 腔長的反射光纖，反射光纖與毛細(xì)管形成腔長為第一腔長的本征法-珀腔，用于根據(jù)第一 腔長得到環(huán)境溫度；
[0035] 在毛細(xì)管開口端設(shè)置有入射光纖，入射光纖與反射光纖之間距離為第二腔長，入 射光纖、反射光纖與毛細(xì)管形成第二腔長的非本征法-珀腔，用于根據(jù)第二腔長得到非本 征法-珀腔數(shù)據(jù)，非本征法-珀腔數(shù)據(jù)與外部壓力和環(huán)境溫度相關(guān)。
[0036] 本發(fā)明通過結(jié)合光纖法-珀腔傳感器與光纖非法-珀腔傳感器，可以在光纖 法-珀腔的腔長情況下，得到當(dāng)前環(huán)境溫度；在得到光纖非法-珀腔的腔長的情況下，結(jié)合 當(dāng)前環(huán)境溫度，測得光纖雙法-珀壓力傳感器所受到的外部壓力，從而消除環(huán)境溫度對測 量時(shí)的影響。本發(fā)明傳感器的不改變原有封閉、結(jié)構(gòu)簡單。
[0037] 如圖2所示，本發(fā)明提供的一種光纖雙法-珀壓力傳感器，包括毛細(xì)管10、反射光 纖20和入射光纖30。其中，毛細(xì)管10包括密封端11和開口端12,并且內(nèi)壁平滑的曲面。 反射光纖20長度為G 2,設(shè)置在毛細(xì)管10內(nèi)部，并且靠近密封端11。該毛細(xì)管10與該反射 光纖20形成了本征法-珀腔，該本征法-珀腔的腔長為G 2。密碼端11 一方面保護(hù)反射光 纖20的端面21，另一方面隔絕如外部壓力的外部環(huán)境對反射光纖20的影響。
[0038] 入射光纖30的一部分通過毛細(xì)管10的開口端12設(shè)置在毛細(xì)管10的內(nèi)部。該入 射光纖30的端面31與反射光纖20的端面21之間的距離為G 1。該入射光纖30、毛細(xì)管10 和反射光纖20形成了非本征法-珀腔。該非本征法-珀腔的腔長為匕。
[0039] 可選地，反射光纖20的端面21為平面，且該平面垂直于毛細(xì)管10的內(nèi)壁。
[0040] 可選地，入射光纖30與反射光纖20固定在毛細(xì)管10的內(nèi)部。本發(fā)明實(shí)施例中， 通過在環(huán)形固定位置將入射光纖30與反射光纖20固定在毛細(xì)管10的內(nèi)部，固定方法采用 環(huán)形焊。
[0041] 可選地，毛細(xì)管10采用熔融石英制成。本發(fā)明實(shí)施例中，毛細(xì)管采用熔融石英制 作，使毛細(xì)管10與入射光纖30和反射光纖20的熱膨脹系統(tǒng)相同，使環(huán)境溫度對毛細(xì)管10、 入射光纖30和反射光纖20的影響相同。
[0042] 第二方面，本發(fā)明還提供了一種光纖法-珀壓力測量裝置，利用上述的光纖雙 法-珀壓力傳感器制成，還包括計(jì)算單元，計(jì)算單元用于根據(jù)第一環(huán)境溫度與非本征法-珀 腔數(shù)據(jù)計(jì)算外部壓力。
[0043] 該光纖法-珀壓力測量裝置由于包括上述任意一種光纖法-珀壓力傳感器，因而 可以解決同樣的技術(shù)問題，并取得相同的技術(shù)效果，在此不再詳述。
[0044] 基于上述發(fā)明目的，第三方面，本發(fā)明又提供了一種光纖雙法-珀壓力傳感器的 壓力計(jì)算方法，其特征在于，該光纖雙法-珀壓力傳感器包括毛細(xì)管、入射光纖和反射光 纖，毛