CN106052727A - 一种基于光纤微型法布里‑珀罗腔的传感器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于光纤微型法布里‑珀罗腔的传感器装置,包括宽带光源,环形器,传感头,光谱分析仪。其中传感头由腐蚀多模光纤、微球、涂敷胶构成,涂敷胶为紫外胶或高温胶,其特征是:多模光纤端面经腐蚀后得到锥形腔,将微球塞入腐蚀多模光纤的锥形腔中,再利用涂敷胶将其封口固定,涂敷胶将有一部分会渗透到锥形腔中,微球和涂敷胶端面就形成了法布里‑珀罗腔。由环形器接收来自宽带光源的光并传输至传感头,传感头再将光反射回环形器,再经由环形器传输至光谱分析仪,形成类似法布里‑珀罗干涉仪,测量反射光谱特征峰的波长漂移量,即可计算出被测环境参数的数值。本发明具有结构紧凑、制造简单、成本低的优点。
Description
技术领域
本发明提供了一种基于光纤微型法布里-珀罗腔的传感器装置,属于光纤传感技术领域。
背景技术
光纤传感器相对于传统传感器来说具有极高的灵敏度和分辨率,频带范围很宽,动态范围很大,不受电磁场干扰等优点,近年来在国防军事部、科研部门以及制造工业、能源工业、医疗等科学研究领域中都得到实际应用。传感器的发展趋势是灵敏、精确、适用性强、小巧和智能化。在众多光纤传感器中,基于法布里-珀罗(F-P)腔的光纤传感器发展迅速,成为了光纤传感器研究领域的一个重要分支,广泛应用于结构内应变、应力、温度、压力、形变、振动和位移等物理量的连续实时的安全检测,还可用于复合材料的固化状态的监测等。对于飞机、舰船、建筑物等安全使用及完整性的检测具有重要意义。温度作为航空航天、企业生产、工程制造等领域中的生产和控制的重要参数之一,对其检测的重要性日益凸显。与传统的温度传感器相比,光纤法布里-珀罗腔传感器具有体积小、重量轻、响应速度快、抗电磁干扰能力强等特点,可用于各种特殊环境参数检测。各种新颖的法布里-珀罗腔结构及其制作方法也层出不穷,如基于纳米薄膜、光纤光栅和特种光纤等。基于纳米薄膜的法布里-珀罗腔利用在已切平的光纤端面上镀一层特殊材料薄膜,使法布里-珀罗腔端面反射率增强或形成法布里-珀罗腔,从而获得对比度明显的反射谱。然而,这种传感器受镀膜工艺的影响较大,因此制作复杂、成本高;基于光纤光栅的法布里-珀罗腔则通过使用布拉格光栅(FBGs)形成法布里-珀罗腔的反射镜,布拉格光栅窄带宽的特性能轻松提高传感器的复用数量。然而,光栅写入过程复杂,成本较高,且其结构的不稳定性在一定程度上限制了其应用。
发明内容
本发明针对现有技术不足,提供一种基于光纤微型法布里-珀罗腔的传感器装置,它具有结构紧凑、制造简单、低成本、适用多种环境参数测量且温度测量范围广的优点。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为:基于光纤微型法布里-珀罗腔的传感器装置,包括宽带光源,环形器,传感头,光谱分析仪,其连接方式为:环形器进口端与宽带光源连接,环形器出口端与传感头连接,环形器反馈端和光谱分析仪相连接;其特征在于:所述的传感头,由腐蚀多模光纤、微球,涂敷胶构成,腐蚀多模光纤端面的锥形腔内有一颗微球,锥形腔外是布满整个锥形腔以及其端面的涂敷胶。
所述的腐蚀多模光纤是由纤芯和光纤直径分别为62.5μm和125μm的多模光纤或者蓝宝石光纤制作而成。
所述微球的材料为折射率是1.9的钛酸钡或透明陶瓷。
所述的涂敷胶为紫外胶或高温胶。
所述传感头的制作方法是:将多模光纤处于40%的HF溶液中腐蚀10分钟,其端面形成锥形腔,将微球塞入腐蚀多模光纤锥形腔中,再利用涂敷胶将其封口固定,涂敷胶将有一部分会渗透到锥形腔中。
本发明与现有技术相比的有益效果是:
1、传感头选用价格低廉的普通多模光纤,微球以及涂敷胶制备,具有制作简单,成本低的优点。
2、传感头采用的多模光纤,微球,以及高温胶制备时,具有耐高温高压的特点,特别适合于高温高压下环境参数的监测。
3、传感头对于折射率,温度,压强都具有敏感性,可以用于多种环境参数的测量。尤其对折射率的变化反应敏感,具有较高的折射率灵敏度。
4、传感装置温度测量量程大,灵敏度较高,当改变传感头结构中的涂敷胶时,甚至可以测量更大的温度范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案,下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的实施应用***示意图。
图2为本发明紫外胶型的传感头结构示意图。
图3为本发明高温胶型传感头的结构示意图。
图中,1.宽带光源,2.环形器,3.传感头,4.光谱分析仪,5.腐蚀多模光纤,5a.多模光纤包层,5b.多模光纤纤芯,5c.锥形腔,6.微球,7.涂敷胶,7a.紫外胶,7b.高温胶。
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述:
图1所示为本发明的实施应用***示意图,包括宽带光源1、环形器2、传感头3、光谱分析仪4。其连接方式为:环形器2有三个接口端,分别为:光源进口端,光源出口端,反馈端。进口端与宽带光源1连接,出口端与连接传感头3连接,反馈端和光谱分析仪4相连接。
图2所示为本发明紫外胶型的传感头3的结构示意图,所述的传感头3,由腐蚀多模光纤5、微球6,紫外胶7a构成,腐蚀多模光纤5包括多模光纤包层5a和多模光纤纤芯5b,腐蚀多模光纤5端面的锥形腔5c内有一颗微球,锥形腔5c外是布满整个锥形腔以及其端面的紫外胶7a。腐蚀多模光纤5是由纤芯和光纤直径分别为62.5μm和125μm的多模光纤或者蓝宝石光纤制成;传感头3中的微球6的材料为折射率是1.9的钛酸钡或透明陶瓷。
图3所示为本发明高温胶型的传感头3的结构示意图,所述的传感头3,由腐蚀多模光纤5、微球6,高温胶7b构成,腐蚀多模光纤5包括多模光纤包层5a和多模光纤纤芯5b,腐蚀多模光纤5端面的锥形腔5c内有一颗微球,锥形腔5c外是布满整个锥形腔以及其端面的高温胶7b。腐蚀多模光纤5是由纤芯和光纤直径分别为62.5μm和125μm的多模光纤或者蓝宝石光纤制成;传感头3中的微球6的材料为折射率是1.9的钛酸钡或透明陶瓷。
所述传感头的制作方法是:将多模光纤处于40%的HF溶液中腐蚀10分钟,其端面形成锥形腔5c,将微球6塞入腐蚀多模光纤5的锥形腔5c中,再利用涂敷胶7将其封口固定,涂敷胶7将有一部分会渗透到锥形腔5c中,微球6和涂敷胶7端面就形成了法布里-珀罗腔。
结合图1,2,3,介绍具体的工作原理:传感头3由微球6前端面,微球6的后端面,锥形腔5c外的涂敷胶7右端面三个主要的反射端面构成,三个端面会形成3个腔长,由于微球6前端面和锥形腔5c外的涂敷胶7右端面的反射相对最强,从而形成主要干涉条纹。传感头3接收来自宽带光源1发出的经由环形器2传递的光,一部分入射光传输到微球6前端被反射,一部分入射光传输到涂敷胶7右端面被反射,两束反射光相遇形成干涉,干涉光束将经由环形器2被传输到光谱分析仪4中,形成类似法布里-珀罗干涉仪,测量反射光谱特征峰的波长漂移量,即可计算出被测环境参数的数值。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应被理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于光纤微型法布里-珀罗腔的传感器装置,包括宽带光源,环形器,传感头,光谱分析仪,其连接方式为:环形器进口端与宽带光源连接,环形器出口端与光纤传感头连接,环形器反馈端和光谱分析仪相连接;其特征在于:所述的传感头,由腐蚀多模光纤、微球,涂敷胶构成,腐蚀多模光纤端面的锥形腔内有一颗微球,锥形腔外是布满整个锥形腔以及其端面的涂敷胶。
2.根据权利要求1所述一种基于光纤微型法布里-珀罗腔的传感器装置,其特征是:所述腐蚀多模光纤是由纤芯直径和光纤直径分别为62.5μm和125μm的多模光纤或者蓝宝石光纤制作而成。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤微型法布里-珀罗腔的传感器装置,其特征是:所述微球的材料为折射率是1.9的钛酸钡或透明陶瓷。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤微型法布里-珀罗腔的传感器装置,其特征是:所述涂敷胶为紫外胶或高温胶。
5.根据权利要求1所述一种基于光纤微型法布里-珀罗腔的传感器装置,所述传感头的制作方法是:将多模光纤处于40%的HF溶液中腐蚀10分钟,其端面形成锥形腔,将玻璃微球塞入腐蚀多模光纤锥形腔中,再利用涂敷胶将其封口固定,涂敷胶将有一部分会渗透到锥形腔中。
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