一種高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，光纖氣壓傳感器受到了廣泛的關(guān)注，與傳統(tǒng)電子氣壓傳感器相比，光纖氣 壓傳感器具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、重量輕、體積小、抗電磁干擾、耐腐蝕等。因此，各種 結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)已被應(yīng)用于制備不同類型的光纖氣壓傳感器，如相移布拉格光纖光柵傳感 器、雙芯邊孔光子晶體光纖傳感器、雙折射塑料光纖傳感器等。法布里-珀羅干涉儀由于其 體積小、靈敏度高等優(yōu)勢在氣壓傳感中扮演了重要的角色。法布里-珀羅干涉儀氣壓傳感 器分為兩類：一類是密封腔式光纖氣壓傳感器，另一類是開腔式光纖氣壓傳感器。對于密封 腔式光纖氣壓傳感器，當(dāng)外界壓力改變時(shí)，其腔長也會(huì)隨之改變。例如，一個(gè)基于空芯光纖 的法布里-珀羅干涉儀氣壓傳感器，其靈敏度為23. 4pm/MPa，廖等人優(yōu)化了該氣壓傳感器 的制作工藝，使其氣壓靈敏度增加到了 l〇36pm/MPa。一種能夠有效提高密封腔式光纖氣壓 傳感器氣壓靈敏度的有效方法是減少FP腔的壁的厚度，有人利用這種方法使氣壓傳感器 的靈敏度達(dá)到了 39. 4nm/MPa和70. 5nm/MPa。但是這種方法使得傳感器的探測范圍受到了 限制，且由于FP腔壁變得非常薄，傳感器的機(jī)械強(qiáng)度也會(huì)很差。對于開腔式光纖氣壓傳感 器，其探測原理與密封腔式光纖氣壓傳感器不同：利用了氣體壓力變化時(shí)，折射率隨之改變 的特性。因此與密封腔式光纖氣壓傳感器相比，開腔式光纖氣壓傳感器具有較大的探測范 圍。例如，蕭等人采用一種膠合技術(shù)將多種材料結(jié)合在一起形成了一種簡易的FP腔氣壓傳 感器，但是由于膠水具有較大的熱膨脹系數(shù)，因此該干涉儀的溫度交叉靈敏度較高。Coelho 等人報(bào)道了一種混合式FP腔氣壓傳感器可同時(shí)測量氧氣和二氧化碳的氣壓值，但是兩種 氣體的疊加干涉光譜使得信號的解調(diào)變得非常復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種高靈敏度光纖微腔氣壓傳感 器，將兩節(jié)不同內(nèi)徑的毛細(xì)管與單模光纖熔接在一起，具有制備簡單、靈敏度高、測量范圍 廣、交叉靈敏度低等優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案：一種高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器，其特征在于： 所述的傳感器由單模光纖、內(nèi)徑為50um的毛細(xì)管、內(nèi)徑為4um的毛細(xì)管依次熔接而成，其中 4um內(nèi)徑毛細(xì)管與50um內(nèi)徑毛細(xì)管錯(cuò)位Sum熔接，且4um內(nèi)徑毛細(xì)管另一端端面為8°的 傾角。
[0005] 所述的內(nèi)徑為50um和4um的毛細(xì)管，其外徑均為150um。
[0006] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0007] 1.傳感器制備過程中只需使用普通商用光纖熔接機(jī)將單模光纖與不同內(nèi)徑的毛 細(xì)管熔接在一起，具有制備簡單的優(yōu)點(diǎn)。
[0008] 2.所述的高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器為開腔式光纖氣壓傳感器，因此具有較大 的氣壓探測范圍，且由于使用的毛細(xì)管的腔長極短，故所述傳感器具有較大的氣壓靈敏度。
[0009] 3由于傳感器的主體部分：單模光纖、不同內(nèi)徑的毛細(xì)管的熱膨脹系數(shù)都極小，因 此傳感器的溫度交叉靈敏度極低。
【附圖說明】
[0010] 下面結(jié)合附圖及具體方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0011] 圖1是本實(shí)用新型的光纖傳感器結(jié)構(gòu)圖；
[0012] 圖2是光纖傳感器測試系統(tǒng)示意圖；
[0013] 圖中：1·光纖傳感器，2.單模光纖，3. 50um內(nèi)徑毛細(xì)管，4. 4um內(nèi)徑毛細(xì)管，5.寬 帶光源，6.光纖光譜儀，7.光纖環(huán)形器。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 圖1中，一種高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器，其特征在于：所述的光纖傳感器1由 單模光纖2、內(nèi)徑為50um的毛細(xì)管3、內(nèi)徑為4um的毛細(xì)管4依次熔接而成，其中4um內(nèi)徑 毛細(xì)管與50um內(nèi)徑毛細(xì)管錯(cuò)位8um恪接，且4um內(nèi)徑毛細(xì)管另一端面為8°的傾角。
[0015] 如圖2所示，一種高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器的工作原理為：將光纖傳感器1經(jīng) 光纖跳線與光纖環(huán)形器7的藍(lán)色連接線相連，并將光纖環(huán)形器7的紅色和白色連接線經(jīng)單 模光纖分別與寬帶光源5、光纖光譜儀6相連，進(jìn)行氣壓傳感實(shí)驗(yàn)時(shí)，將傳感器1密封在一個(gè) 氣室中，由于所述的傳感器為開腔式光纖氣壓傳感器，氣室中的氣體由4um內(nèi)徑毛細(xì)管4進(jìn) 入到50um內(nèi)徑毛細(xì)管3中。當(dāng)寬帶光源發(fā)出的光進(jìn)入傳感器時(shí)，一部分光會(huì)在單模光纖2 與50um內(nèi)徑毛細(xì)管3熔接的端面處發(fā)生第一次反射，另一部分光會(huì)繼續(xù)傳播并在50um內(nèi) 徑毛細(xì)管3與4um內(nèi)徑毛細(xì)管4熔接的端面處發(fā)生第二次反射，兩束反射光相遇并產(chǎn)生干 涉，其輸出光強(qiáng)為
相位差
其中η是50um內(nèi)徑毛細(xì)管 3中氣體的折射率；L是50um內(nèi)徑毛細(xì)管3的長度；λ是光在真空中的波長；％為初相位。 當(dāng)改變氣室中的氣壓，隨著毛細(xì)管中氣壓變化，其中氣體的折射率η改變，導(dǎo)致相位差P改 變，從而干涉條紋發(fā)生改變，表現(xiàn)在光纖光譜儀中即為光譜波峰的漂移，通過測量輸出中心 波長的漂移量即可實(shí)現(xiàn)氣壓的傳感測量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器，其特征在于：所述的傳感器由單模光纖、內(nèi)徑 為50um的毛細(xì)管、內(nèi)徑為4um的毛細(xì)管依次恪接而成，其中4um內(nèi)徑毛細(xì)管與50um內(nèi)徑毛 細(xì)管錯(cuò)位Sum熔接，且4um內(nèi)徑毛細(xì)管另一端端面為8°的傾角。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器，其特征在于：所述的內(nèi) 徑為50um和4um的毛細(xì)管，其外徑均為150um。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器，其特征在于：將一段單模光纖與兩段內(nèi)徑不同的毛細(xì)管依次熔接在一起，其中內(nèi)徑較大的毛細(xì)管一端與單模光纖相連，另一端與內(nèi)徑較小的毛細(xì)管相連。應(yīng)用時(shí)，外界待測氣體由小內(nèi)徑毛細(xì)管進(jìn)入到大內(nèi)徑毛細(xì)管中，隨著毛細(xì)管中氣壓增大，氣體的折射率發(fā)生變化，導(dǎo)致光纖光譜儀中反射光譜發(fā)生漂移，從而實(shí)現(xiàn)氣壓的傳感測量。本實(shí)用新型具有制備簡單、成本低、體積小和靈敏度高的特點(diǎn)，可應(yīng)用于各類實(shí)際工程中。
【IPC分類】G01L11/02
【公開號】CN205015118
【申請?zhí)枴緾N201520631705
【發(fā)明人】劉亞銘, 徐賁, 黃杰
【申請人】中國計(jì)量學(xué)院
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年8月17日