一种基于光纤微型法布里?珀罗腔的传感器装置的制造方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
一种基于光纤微型法布里-珀罗腔的传感器装置
技术领域
[0001]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】
[0002]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】
[0003]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。
[0004]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。
[0005]所述的腐蚀多模光纤是由纤芯和光纤直径分别为62.5μηι和125μηι的多模光纤或者蓝宝石光纤制作而成。
[0006]所述微球的材料为折射率是1.9的钛酸钡或透明陶瓷。
[0007]所述的涂敷胶为紫外胶或高温胶。
[0008]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。
[0009]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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】
[0014]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。
[0015]图1为本发明的实施应用系统示意图。
[0016]图2为本发明紫外胶型的传感头结构示意图。
[0017]图3为本发明高温胶型传感头的结构示意图。
[0018]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】
[0019]下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述:
[0020]图1所示为本发明的实施应用系统示意图，包括宽带光源1、环形器2、传感头3、光谱分析仪4 ο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I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。
[0021]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62.5μηι和125μηι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。
[0022]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62.5μηι和125μηι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。
[0023]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。
[0024]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I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。
[0025]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。
【主权项】
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62.5μηι和125μηι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。
【文档编号】G01D5/353GK106052727SQ201610368381
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】王东宁, 陈未萍, 黄杰
【申请人】中国计量大学