一种高灵敏度光纤微腔气压传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于传感器领域，具体涉及一种高灵敏度光纤微腔气压传感器。
【背景技术】
[0002] 近年来，光纤气压传感器受到了广泛的关注，与传统电子气压传感器相比，光纤气 压传感器具有独特的优点：灵敏度高、重量轻、体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀等。因此，各种 结构和制造技术已被应用于制备不同类型的光纤气压传感器，如相移布拉格光纤光栅传感 器、双芯边孔光子晶体光纤传感器、双折射塑料光纤传感器等。法布里-珀罗干涉仪由于其 体积小、灵敏度高等优势在气压传感中扮演了重要的角色。法布里-珀罗干涉仪气压传感 器分为两类：一类是密封腔式光纤气压传感器，另一类是开腔式光纤气压传感器。对于密封 腔式光纤气压传感器，当外界压力改变时，其腔长也会随之改变。例如，一个基于空芯光纤 的法布里-珀罗干涉仪气压传感器，其灵敏度为23. 4pm/MPa，廖等人优化了该气压传感器 的制作工艺，使其气压灵敏度增加到了 l〇36pm/MPa。一种能够有效提高密封腔式光纤气压 传感器气压灵敏度的有效方法是减少FP腔的壁的厚度，有人利用这种方法使气压传感器 的灵敏度达到了 39. 4nm/MPa和70. 5nm/MPa。但是这种方法使得传感器的探测范围受到了 限制，且由于FP腔壁变得非常薄，传感器的机械强度也会很差。对于开腔式光纤气压传感 器，其探测原理与密封腔式光纤气压传感器不同：利用了气体压力变化时，折射率随之改变 的特性。因此与密封腔式光纤气压传感器相比，开腔式光纤气压传感器具有较大的探测范 围。例如，萧等人采用一种胶合技术将多种材料结合在一起形成了一种简易的FP腔气压传 感器，但是由于胶水具有较大的热膨胀系数，因此该干涉仪的温度交叉灵敏度较高。Coelho 等人报道了一种混合式FP腔气压传感器可同时测量氧气和二氧化碳的气压值，但是两种 气体的叠加干涉光谱使得信号的解调变得非常复杂。
【发明内容】
[0003] 为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提供一种高灵敏度光纤微腔气压传感 器，将两节不同内径的毛细管与单模光纤熔接在一起，具有制备简单、灵敏度高、测量范围 广、交叉灵敏度低等优点。
[0004] 本实用新型所采用的技术方案：一种高灵敏度光纤微腔气压传感器，其特征在于： 所述的传感器由单模光纤、内径为50um的毛细管、内径为4um的毛细管依次熔接而成，其中 4um内径毛细管与50um内径毛细管错位Sum熔接，且4um内径毛细管另一端端面为8°的 倾角。
[0005] 所述的内径为50um和4um的毛细管，其外径均为150um。
[0006] 本实用新型的有益效果是：
[0007] 1.传感器制备过程中只需使用普通商用光纤熔接机将单模光纤与不同内径的毛 细管熔接在一起，具有制备简单的优点。
[0008] 2.所述的高灵敏度光纤微腔气压传感器为开腔式光纤气压传感器，因此具有较大 的气压探测范围，且由于使用的毛细管的腔长极短，故所述传感器具有较大的气压灵敏度。
[0009] 3由于传感器的主体部分：单模光纤、不同内径的毛细管的热膨胀系数都极小，因 此传感器的温度交叉灵敏度极低。
【附图说明】
[0010] 下面结合附图及具体方式对本实用新型作进一步说明。
[0011] 图1是本实用新型的光纤传感器结构图；
[0012] 图2是光纤传感器测试系统示意图；
[0013] 图中：1·光纤传感器，2.单模光纤，3. 50um内径毛细管，4. 4um内径毛细管，5.宽 带光源，6.光纤光谱仪，7.光纤环形器。
【具体实施方式】
[0014] 图1中，一种高灵敏度光纤微腔气压传感器，其特征在于：所述的光纤传感器1由 单模光纤2、内径为50um的毛细管3、内径为4um的毛细管4依次熔接而成，其中4um内径 毛细管与50um内径毛细管错位8um恪接，且4um内径毛细管另一端面为8°的倾角。
[0015] 如图2所示，一种高灵敏度光纤微腔气压传感器的工作原理为：将光纤传感器1经 光纤跳线与光纤环形器7的蓝色连接线相连，并将光纤环形器7的红色和白色连接线经单 模光纤分别与宽带光源5、光纤光谱仪6相连，进行气压传感实验时，将传感器1密封在一个 气室中，由于所述的传感器为开腔式光纤气压传感器，气室中的气体由4um内径毛细管4进 入到50um内径毛细管3中。当宽带光源发出的光进入传感器时，一部分光会在单模光纤2 与50um内径毛细管3熔接的端面处发生第一次反射，另一部分光会继续传播并在50um内 径毛细管3与4um内径毛细管4熔接的端面处发生第二次反射，两束反射光相遇并产生干 涉，其输出光强为
相位差
其中η是50um内径毛细管 3中气体的折射率；L是50um内径毛细管3的长度；λ是光在真空中的波长；％为初相位。 当改变气室中的气压，随着毛细管中气压变化，其中气体的折射率η改变，导致相位差P改 变，从而干涉条纹发生改变，表现在光纤光谱仪中即为光谱波峰的漂移，通过测量输出中心 波长的漂移量即可实现气压的传感测量。
【主权项】
1. 一种高灵敏度光纤微腔气压传感器，其特征在于：所述的传感器由单模光纤、内径 为50um的毛细管、内径为4um的毛细管依次恪接而成，其中4um内径毛细管与50um内径毛 细管错位Sum熔接，且4um内径毛细管另一端端面为8°的倾角。2. 根据权利要求1所述的一种高灵敏度光纤微腔气压传感器，其特征在于：所述的内 径为50um和4um的毛细管，其外径均为150um。
【专利摘要】本实用新型属于传感器领域，具体涉及一种高灵敏度光纤微腔气压传感器，其特征在于：将一段单模光纤与两段内径不同的毛细管依次熔接在一起，其中内径较大的毛细管一端与单模光纤相连，另一端与内径较小的毛细管相连。应用时，外界待测气体由小内径毛细管进入到大内径毛细管中，随着毛细管中气压增大，气体的折射率发生变化，导致光纤光谱仪中反射光谱发生漂移，从而实现气压的传感测量。本实用新型具有制备简单、成本低、体积小和灵敏度高的特点，可应用于各类实际工程中。
【IPC分类】G01L11/02
【公开号】CN205015118
【申请号】CN201520631705
【发明人】刘亚铭, 徐贲, 黄杰
【申请人】中国计量学院
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年8月17日