【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种基于复合法珀腔结构的法珀腔长与折射率计算方法,涉及光纤传感
技术介绍
光纤传感器具有安全、不受电磁干扰、便于联网与远距离遥测、适于恶劣环境等一系列优点,已逐渐成为新一代传感器的主流发展方向之一。基于光纤法珀(FP)腔的传感器对温度交叉敏感性很小,传感器对光学信号干扰小,能够提供很高的分辨率,光纤法珀腔传感器逐渐应用到了应力、温度、化合物、超声波、以及压力等领域的传感测量。在光纤法珀腔传感器应用中,对传感器的解调是其关键技术。光纤法珀腔传感器的腔长受被测量的影响发生改变,进一步影响输出光信号。被测量、法珀腔腔长和光信号之间具有一定的对应关系。解调的过程相当于传感的逆过程,比如通过采集光信号改变量来求出腔长的变化量,进而得到相应被测信息。当输入光波长恒定时,由于被测量变化引起法珀腔腔长的变化,从而改变了两束相干光的光程差,进而使得法珀腔传感器输出光强发生变化。因此通过测量干涉仪输出光强的变化值就可以得到被测量的变化,这种方法即为强度解调。目前强度解调存在的不足是:为使法珀腔工作在反射光干涉谱斜率最大处,需要保证腔长和波长匹配,这在法珀腔制作的时候存在一定难度。同时该方法还易受到外界环境和光源光强波动的干扰。相位解调是通过探测光纤法珀腔输出干涉信号的相位变化来实现对法珀腔长信号的解调。由于光谱分布是多个单波长信息的组合,其信息量远大于单波长条件下的光强输出信息量。当光学材料制作完成时,由于其内部的密度、浓度、温度以及应力等物理量的不均匀性,导致其折射率发生变化。因此,实现对光学材料折射率的精确测量具有重要意义。目前常用的晶体折射 ...
【技术保护点】
一种光纤复合法珀腔传感器,其特征在于:从左到右依次由单模光纤(6)、毛细玻璃套管(7)、高折射膜片(9)、高反射膜(11)组成;其中毛细玻璃套管内部的空气腔为第一法珀腔(8);高折射膜片(9)的左端面为抛光面,右端面为镀膜面;抛光面和镀膜面之间形成第二法珀腔(10);构成上述第一法珀腔(8)的两个界面分别是:单模光纤(6)的端面和第一法珀腔内空气组成的界面以及第一法珀腔内的空气和高折射膜片(9)的抛光面组成的界面;构成上述第二法珀腔(10)的两个界面分别是:第一法珀腔内空气和高折射膜片(9)的抛光面组成的界面以及高折射膜片(9)的镀膜面和高反射膜(11)组成的界面;上述第一法珀腔(8)的折射率n1小于第二法珀腔(10)的折射率n2;n1即为空气折射率,n2即为高折射膜片(9)的折射率;上述高折射膜片(9)的宽度D大于单模光纤(6)的直径R;上述第一法珀腔(8)的腔长L1即为单模光纤(6)的端面与高折射膜片(9)的抛光面之间的距离,第二法珀腔(8)的腔长L2即为高折射膜片(9)的厚度,且它们之间满足关系式L1/L2=n2/n1。
【技术特征摘要】
1.一种光纤复合法珀腔传感器,其特征在于:从左到右依次由单模光纤(6)、毛细玻璃套管(7)、高折射膜片(9)、高反射膜(11)组成;其中毛细玻璃套管内部的空气腔为第一法珀腔(8);高折射膜片(9)的左端面为抛光面,右端面为镀膜面;抛光面和镀膜面之间形成第二法珀腔(10);构成上述第一法珀腔(8)的两个界面分别是:单模光纤(6)的端面和第一法珀腔内空气组成的界面以及第一法珀腔内的空气和高折射膜片(9)的抛光面组成的界面;构成上述第二法珀腔(10)的两个界面分别是:第一法珀腔内空气和高折射膜片(9)的抛光面组成的界面以及高折射膜片(9)的镀膜面和高反射膜(11)组成的界面;上述第一法珀腔(8)的折射率n1小于第二法珀腔(10)的折射率n2;n1即为空气折射率,n2即为高折射膜片(9)的折射率;上述高折射膜片(9)的宽度D大于单模光纤(6)的直径R;上述第一法珀腔(8)的腔长L1即为单模光纤(6)的端面与高折射膜片(9)的抛光面之间的距离,第二法珀腔(8)的腔长L2即为高折射膜片(9)的厚度,且它们之间满足关系式L1/L2=n2/n1。2.利用权利要求1所述光纤复合法珀腔传感器构成的光纤复合法珀腔传感系统,其特征在于:包括可调谐激光光源(1)、光环行器(2)、权利要求1所述光纤复合法珀腔传感器(3)、光电探测器(4)、高速数据采集卡(5)以及计算机(12);上述光环行器(2)为典型的3端口光环行器,光在环行器中只沿单方向环行,信号沿端口1(2-1)→端口2(2-2)→端口3(2-3)方向传播,反方向是隔离的;其中端口1(2-1)与可调谐激光光源(1)相连,端口2(2-2)与光纤复合法珀腔传感器(3)相连,端口3(2-3)与光电探测器(4)相连。3.权利要求2所述光纤复合法珀腔传感系统的使用过程中第一法珀腔变形后的腔长测量方法,包括以下过程:不同波长的光从上述可调谐激光光源(1)扫描发出进入到光环行器(2)的端口1(2-1);从端口2(2-2)出射后进入光纤复合法珀腔传感器(3);复合法珀腔(3)的反射光经由端口3(2-3)进入到光电探测器(4)中;光电探测器(4)将探测到的光强信号转换电压信号;最后电压信号由高速数据采集卡(5)采集并通过USB传输线传输到计算机(12)中...
【专利技术属性】
技术研发人员:曾捷,穆昊,常晨,郭晓华,王珂,程竹明,贾鸿宇,
申请(专利权)人:南京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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