CN106052913A - 一种高灵敏度的压力传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高灵敏度的压力传感装置,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、紫外胶构成,其特征是:多模光纤端面经腐蚀后得到锥形腔,将紫外胶渗透到锥形腔中,锥形腔中形成由紫外胶包裹的空气腔。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、灵敏度高,测量范围广,交叉灵敏度低等优点,适用多种环境参数测量,尤其是压力测量。
Description
技术领域
本发明提供了一种高灵敏度的压力传感装置,属于光纤传感技术领域。
背景技术
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(FP)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。压力作为航空航天、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。光纤法布里-珀罗干涉型(FP)压力传感器相对于传统传感器来具有体积小、重量轻、响应速度快、抗电磁干扰能力强等特点。近年来,光纤法布里-珀罗干涉型(FP)压力传感器在生物医药、医疗保健、土木工程、汽车和航空航天工业等科学研究领域中都得到广泛的实际应用,特别是光纤端面反射式的FP腔。
光纤FP干涉仪(FPI)压力传感器分为两种类型。第一种类型是压力的变化引起腔长度变化,第二种类型是压力的变化引起腔内折射率(RI)的变化。基于改变腔长的FPI压力传感器,除了基于光纤端面薄膜型空腔之外,灵敏度都相对较低。然而,基于光纤端面薄膜型空腔式FPI传感器受薄膜影响较大,制作复杂、成本高,且测量范围小,通常为几十kPa以内,同时它们的机械强度相当差,附着在光纤端的薄膜很容易被损坏。基于改变腔内RI的FPI传感器通常具有测量范围宽,稳定性好的优点,但是它们的压力灵敏度相对较低,通常是几十pm/MPa(结构复杂,制作繁琐的传感结构除外)。
发明内容
本发明针对现有技术不足,提供一种高灵敏度的压力传感装置,它具有结构紧凑、制造简单、灵敏度高,测量范围广,交叉灵敏度低等优点,适用多种环境参数测量,尤其是压力测量。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为:一种高灵敏度的压力传感装置,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、紫外胶构成,腐蚀多模光纤端面的锥形腔内含有由紫外胶包裹形成的空气腔。
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。
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,紫外胶制备,具有制作简单,成本低的优点。
2、传感头对于压强,温度,折射率部具有敏感性,可以用于多种环境参数的测量,尤其对压力的变化反应敏感,具有较高的压力灵敏度以及较宽的测量范围。
3、传感头的压力灵敏度远高于温度灵敏度,因此其温度交叉灵敏度极低。
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为本发明传感头结构示意图。
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.空气腔,7.紫外胶。
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、空气腔6,紫外胶7构成,腐蚀多模光纤5包括多模光纤包层5a,多模光纤纤芯5b,以及锥形腔5c,将紫外胶7渗透到锥形腔5c中,锥形腔5c中形成由紫外胶7包裹的空气腔6。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。
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,将紫外胶7渗透入腐蚀多模光纤5的锥形腔5c中,形成由紫外胶包裹的空气腔6。
结合图1,2,介绍具体的工作原理:传感头3由空气腔6前端面,空气腔6的后端面,附着在腐蚀多模光纤5端面的紫外胶7的右端面三个主要的反射端面构成,三个端面会形成3个腔,其中有两个腔产生的干涉相对较强,一个是由空气腔6前端面和附着在腐蚀多模光纤5端面的紫外胶7的右端面形成的,另一个是由空气腔6的后端面和附着在腐蚀多模光纤5端面的紫外胶7的右端面形成的,这两个腔产生的干涉条纹叠加后形成输出光谱。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,一部分由空气腔6前端面和附着在腐蚀多模光纤5端面的紫外胶7的右端面分别反射,相遇后形成第一种干涉条纹,一部分由空气腔6的后端面和附着在腐蚀多模光纤5端面的紫外胶7的右端面分别反射,相遇后形成第二种干涉条纹,两种干涉条纹叠加后,将经由环形器2被传输到光谱分析仪4中,形成双法布里-珀罗干涉仪输出光谱,测量输出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 (2)
1.一种高灵敏度的压力传感装置,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、紫外胶构成,腐蚀多模光纤端面的锥形腔内含有由紫外胶包裹形成的空气腔。
2.根据权利要求1所述一种高灵敏度的压力传感装置,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。
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