CN206627147U - 一种温‑压传感器的结构以及温度和压力的测量*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种温‑压传感器的结构以及温度和压力的测量***，温‑压传感器的结构包括：单模光纤和预置长度的石英玻璃管，其中，单模光纤的一端与石英玻璃管的一端连接，石英玻璃管的另一端被石英薄膜覆盖，使得石英玻璃管的管腔与石英薄膜形成该预置长度的FPI腔，单模光纤的纤芯内写制有用于检测温度的FBG。如此，将用于检测压力的FPI腔与用于检测温度的FBG集成到一个传感器，可以实现温度和压力的同时检测，简化了温‑压传感器加工的工艺复杂度和安装复杂度。由于光纤薄膜为高反射表面，反射率高，不需要镀膜工艺即可实现高反射，另外，温‑压传感器中FPI腔的腔长是预置长度的，该FPI腔的尺寸精准，提高了检测到的压力的精度，提高了温度和测量***的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型适用于光纤传感器领域，尤其涉及一种温-压传感器的结构以及温度和压力的测量***。
背景技术
光学中，法布里－珀罗干涉(Fabry–Pérot interferometer，FPI)的结构应用到各类光纤传感器中，可以极大的提高传感精度。
然而，现有的FPI光纤传感器一般只能检测一种物理参数，如温度或压力，如果要实现同时测量温度和压力，需要在传感器中同时安装温度和压力的传感元件，这样会增加传感器加工的工艺复杂度及安装复杂度。另一方面，现有的制作FPI光纤传感器的方法存在一定的弊端，比如，采用端面镀高反射薄膜的方法对镀膜设备和工艺具有较高要求，导致反射薄膜的反射率低，使得检测的压力精度低；化学腐蚀的方法在制作过程中需要利用腐蚀气体对光纤内部进行腐蚀以形成FDC腔，由于没法对腐蚀气体进行精确控制会使形成的FPI干涉腔的尺寸不够精准，从而导致检测到的压力的精度低，从而降低温度和压力测量***的可靠性。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题为提供一种温-压传感器的结构以及温度和压力的测量***，旨在解决传感器加工的工艺复杂度高、安装复杂以及检测到的压力精度低，温度和压力测量***的可靠性低的问题。
本实用新型提供的一种温-压传感器的结构，包括：单模光纤和预置长度的石英玻璃管，该单模光纤的一端与该石英玻璃管的一端连接，该石英玻璃管的另一端被石英薄膜覆盖，使得该石英玻璃管的管腔与该石英薄膜形成该预置长度的法布里－珀罗干涉腔，该单模光纤的纤芯内写制有用于检测温度的光纤布拉格光栅。
本实用新型提供一种温度和压力测量***，包括：信号解调装置和温-压传感器；
温-压传感器用于测量待测环境中的温度和压力，并将经过法布里－珀罗干涉腔干涉和光纤布拉格光栅后反射的光信号发送至信号解调装置，信号解调装置用于对该光信号进行波长解调，得到该待测环境的温度变化引起的光信号漂移量和该待测环境的压力变化引起的光信号漂移量，信号解调装置用于将待测环境的温度变化引起的光信号漂移量和该待测环境压力变化引起的光信号漂移量转换为该待测环境的温度值和压力值，并将该温度值和压力值进行显示。
本实用新型提供一种温-压传感器的结构以及温度和压力的测量***，温- 压传感器的结构包括：单模光纤和预置长度的石英玻璃管，其中，单模光纤的一端与石英玻璃管的一端连接，石英玻璃管的另一端被石英薄膜覆盖，使得石英玻璃管的管腔与石英薄膜形成该预置长度的FPI腔，单模光纤的纤芯内写制有用于检测温度的FBG。如此，将用于检测压力的FPI腔与用于检测温度的FBG 集成到一个传感器，可以实现温度和压力的同时检测，简化了温-压传感器加工的工艺复杂度和安装复杂度。由于光纤薄膜为高反射表面，反射率高，不需要镀膜工艺即可实现高反射，另外，温-压传感器中FPI腔的腔长是预置长度的，该FPI腔的尺寸精准，提高了检测到的压力的精度，提高了温度和测量***的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种温-压传感器的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种温度和压力测量***；
图3是本实用新型实施例提供的另一种温度和压力测量***。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
作为本实用新型的第二个实施例，如图1所示，本实用新型实施例提供了一种温-压传感器的结构示意图，该温-压传感器的结构包括：单模光纤101和预置长度的石英玻璃管102；
其中，单模光纤101的一端与石英玻璃管102的一端连接。
石英玻璃管102的另一端被石英薄膜103覆盖，使得石英玻璃管102的管腔与石英薄膜103形成该预置长度的FPI腔104。
该预置长度为预先制备的FPI腔的长度，在实际应用中该预置长度一般为 10-30um，优选为20um。该FPI腔104为封闭的内腔，FPI腔104中，石英薄膜103和与石英薄膜103相对的单模光纤的截面构成了FPI的两个反射面，当待测环境中的压力发生变化时，该石英薄膜103发生形变，这样会使得入射光在两个反射面干涉后的波长发生变化，该温-压传感器将干涉后的压力光信号发送到信号解调装置，由该信号解调装置检测该压力光信号的漂移量，进而得出该待测环境的压力值。
进一步地，该石英薄膜103通过与石英玻璃管102的另一端熔接来进行覆盖。该石英薄膜为中间厚两边薄的纳米薄膜，这样，对压力更加敏感，增加压力检测的精度。
进一步地，石英薄膜103的中心与石英玻璃管102界面的圆心重合。
单模光纤101的纤芯内写制有用于检测温度的FBG105。
其中，FBG105的长度小于1mm。单模光纤101与石英玻璃管102的连接处均为平整端口。由于受到待测环境的温度影响，会使得FBG间隔尺寸发生变化，该入射光经过该FBG反射后，输出的温度的光信号的波长发生变化，该温-压传感器将该温度光信号发送至该信号解调装置，由该信号解调装置检测该温度光信号的漂移量，进而得出该待测环境的压力值。需要说明的是，该压力光信号与该温度光信号为不同的波长范围。
进一步地，该FBG通过飞秒激光点-点或划线方式写制。
本实用新型实施例中，温-压传感器的结构包括：单模光纤101和预置长度的石英玻璃管102，其中，单模光纤101的一端与石英玻璃管102的一端连接，石英玻璃管102的另一端被石英薄膜103覆盖，使得石英玻璃管101的管腔与石英薄膜103形成该预置长度的FPI腔104，单模光纤101的纤芯内写制有用于检测温度的FBG105。如此，将用于检测压力的FPI腔与用于检测温度的FBG 集成到一个传感器，可以实现温度和压力的同时检测，简化了温-压传感器加工的工艺复杂度和安装复杂度。由于光纤薄膜为高反射表面，反射率高，不需要镀膜工艺即可实现高反射，另外，温-压传感器中FPI腔的腔长是预置长度的，该FPI腔的尺寸精准，提高了检测到的压力的精度，提高了温度和测量***的可靠性。
请参阅图2，图2是本实用新型第二实施例提供的温度和压力的测量***的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。图2示例的温度和压力的测量***，主要包括：信号解调装置111和温-压传感器112。以上各功能模块详细说明如下：
温-压传感器112，用于测量待测环境中的温度和压力，并将经过FPI腔干涉和FBG反射的光信号发送至该信号解调装置111。
在实际应用，温-压传感器112通过单模光纤与信号解调装置111相连，还用于接收信号解调装置111发射的光。信号解调装置111发射的光经过FPI腔干涉以及FBG反射后，输出光信号的波长会发生改变，温-压传感器112将光信号通过单模光纤发送至信号解调装置111。
信号解调装置111，用于对该光信号进行波长解调，得到该待测环境的温度变化引起的光信号漂移量和该待测环境的压力变化引起的光信号漂移量。
信号解调装置111，用于将该待测环境的温度变化引起的光信号漂移量和该待测环境压力变化引起的光信号漂移量转换为该待测环境的温度值和压力值，并将该温度值和压力值进行显示。
实际应用中，如图3所示，该信号解调装置111包括：白光光源1111、3dB 耦合器1112和解调仪1113。信号解调装置111中的白光光源通过单模光纤将该光发射到3dB耦合器1112，3dB耦合器1112将该预置波长的光通过单模光纤发射到该温-压传感器112。该预置波长为预先设置的信号解调装置111发送到温-压传感器112中的入射光的波长。该预置波长包括预置温度信号的波长和预置压力信号的波长。
进一步地，信号解调装置111，用于将该待测环境的温度变化引起的光信号漂移量和该待测环境的压力变化引起的光信号漂移量转换为温度电信号和压力电信号。
举例说明，信号解调装置111将该温度光信号的漂移量1nm转换为温度电信号Xmv，信号解调装置111将该压力光信号的漂移量-1nm转换为温度电信号-Xmv。
信号解调装置111，用于利用预置补偿值对该温度电信号和该压力电信号进行补偿和校准，并利用预设温度修正值和预设压力修正值分别对补偿后的温度电信号和补偿后的压力电信号进行修正。
该预置补偿值为预先设置的对该温度电信号和该压力电信号进行补偿的数值。该预置补偿值可以通过补偿公式计算得出，也可以为某一固定的数值。该预设温度修正值为通过实验标定的数值，用来修正该压力电信号对该温度电信号的干扰。该预设压力修正值为通过实验标定的数值，用来修正该温度电信号对该压力电信号的干扰。
信号解调装置111，用于分别将修正后的温度电信号和修正后的压力电信号转换为该温度值和该压力值。
本实用新型实施例，温-压传感器112用于测量待测环境中的温度和压力，并将经过法布里－珀罗干涉腔干涉和光纤布拉格光栅后反射的光信号发送至信号解调装置111，信号解调装置111用于对该光信号进行波长解调，得到待测环境的温度变化引起的光信号漂移量和所述待测环境的压力变化引起的光信号漂移量，信号解调装置111用于将该待测环境的温度变化引起的光信号漂移量和该待测环境压力变化引起的光信号漂移量转换为该待测环境的温度值和压力值，并将该温度值和压力值进行显示。如此，一方面，由于温-压传感器可以实现温度和压力的同时检测，简化了温-压传感器加工的工艺复杂度和安装复杂度；另一方面，由于该温-压传感器中单模光纤为高反射表面，反射率高，不需要镀膜工艺即可实现高反射，另外，温-压传感器中法布里－珀罗干涉腔的尺寸精准，提高了检测到的压力的精度，提高了温度和测量***的可靠性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种温-压传感器的结构，其特征在于，所述温-压传感器包括：单模光纤和预置长度的石英玻璃管，所述单模光纤的一端与所述石英玻璃管的一端连接；
所述石英玻璃管的另一端被石英薄膜覆盖，使得所述石英玻璃管的管腔与所述石英薄膜形成所述预置长度的法布里－珀罗干涉腔；
所述单模光纤的纤芯内写制有用于检测温度的光纤布拉格光栅。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，
所述光纤布拉格光栅的长度小于1mm。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，
所述单模光纤与所述石英玻璃管的连接处均为平整端口。
4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，
所述石英薄膜通过与所述石英玻璃管的另一端焊接接来进行覆盖。
5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，
所述石英薄膜为中间厚两边薄的纳米薄膜，且所述石英薄膜的中心与所述石英玻璃管截面的圆心重合。
6.根据权利要求1所述结构，其特征在于，所述光纤布拉格光栅通过飞秒激光点-点或划线方式写制。
7.一种温度和压力的测量***，其特征在于，所述***包括：具有权利要求1-6任一项所述结构的温-压传感器和信号解调装置；
所述温-压传感器通过单纤光膜与所述信号解调装置连接，用于测量待测环境中的温度和压力，并将经过法布里－珀罗干涉腔干涉和光纤布拉格光栅后反射的光信号发送至所述信号解调装置；
所述信号解调装置，用于对所述光信号进行波长解调，得到所述待测环境的温度变化引起的光信号漂移量和所述待测环境的压力变化引起的光信号漂移量；
所述信号解调装置，用于将所述待测环境的温度变化引起的光信号漂移量和所述待测环境压力变化引起的光信号漂移量转换为所述待测环境的温度值和压力值，并将所述温度值和压力值进行显示。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，***包括：
所述信号解调装置，用于将所述待测环境的温度变化引起的光信号漂移量和所述待测环境的压力变化引起的光信号漂移量转换为温度电信号和压力电信号；
所述信号解调装置，用于利用预置补偿值对所述温度电信号和所述压力电信号进行补偿和校准，并利用预设温度修正值和预设压力修正值分别对补偿后的温度电信号和补偿后的压力电信号进行修正；
所述信号解调装置，用于分别将修正后的温度电信号和修正后的压力电信号转换为所述温度值和所述压力值。
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