一种光纤气体压力传感器制造技术

本发明专利技术公开一种光纤气体压力传感器，该传感器通过放电熔接方法，可以在两根单模光纤的熔接界面处形成一个球形的空腔。然后，通过飞秒激光器在单模光纤包层侧面上烧灼加工长为24μm的微通道，微通道直接与球形空腔相连，微通道在光纤侧面开口处与玻璃毛细管相连，方便与外界待测气体接触。该气体压力传感器的灵敏度约为193.46pm/bar。根据本发明专利技术的方法制备光纤气体压力传感器，制造工艺简单，制作成本低，结构稳定，具有一定的机械强度，而且不会对周围电磁环境产生影响，不会产生电火花，能广泛用于精密化学实验室气压检测、石油气罐气压检测、各种高压气瓶的压力监测，航天航空器内气压检测等特殊领域。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤气体压力传感器
本专利技术涉及一种光纤气体压力传感器，尤其是一种全光纤开腔式马赫-曾德尔干涉型(MZI)气体压力传感器。
技术介绍
与传统的各类传感器相比，光纤传感器有一系列独特的优点，如灵敏度高，抗电磁干扰、耐腐蚀，便于实现多路技术，结构简单，体积小，重量轻，耗电少等。应力、温度、气压是目前应用最广泛的光纤传感器，尤其是相位调制型的光纤传感器，因其可在大范围内实现对外界参量快速而精确的动态测量而受到诸多关注。在此类传感器当中，光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)是重要且应用广泛的结构形式之一：它主要是通过外界参量改变信号臂与参考臂之间的相位差，再利用解调技术获知参量的实时变化信息。全光纤MZI由于将两路传输光集成在同一根光纤之中，使器件更加灵巧、性价比更高且易于封装，近几年成为人们的研究热点。光纤传感器开腔式的结构可以使气体压力值直接与光信号相互作用，增大了光纤接触面积，因此对待测量的气体压力响应更准确迅速，提高了测量精度和测量效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光纤马赫-曾德尔干涉型气体压力传感器，该传感器可以解决某些特殊应用场景，如强电磁场环境或易燃易爆环境下对气体压力的精确检测，并提供一种使用飞秒激光加工技术在单模普通光纤上制备微型开放空腔的方法。该传感器原理如下：首先，通过飞秒激光器和光纤熔接机在单模普通光纤上制备微型开放空腔，微型开放空腔直径约为30μm，该微型开放空腔位于单模光纤纤芯和包层之间，并通过玻璃毛细管与待测气体接触；宽带光源发出的光在单模光纤空腔处分为两路，一路从光纤纤芯的微型开放空腔的空气中穿过，一路从微型开放空腔的下部光纤纤芯穿过，共同到达光谱仪时，按照马赫-曾德尔干涉(MZI)原理，光谱仪将显示干涉图谱。待测气体通过玻璃毛细管进入光纤空腔，使空腔体积发生轻微变化，从而改变了光谱仪的干涉图谱。通过测量图谱峰值波长的变化量，即可以测得待测气体的气压值。根据本专利技术的方法制备光纤马赫-曾德尔干涉型气体压力传感器，制造工艺简单，制作成本低，结构稳定，具有一定的机械强度，而且不会对周围电磁环境产生影响，不会产生电火花，能广泛用于精密化学实验室气压检测、石油气罐气压检测、各种高压气瓶的压力监测，航天航空器内气压检测等特殊领域。本专利技术的优点在于：本专利技术采用全光纤传感器，采用马赫-曾德尔干涉原理设计，制备方法简单易行，提高了光纤传感器的使用领域，精度高，适用范围广。附图说明图1是本专利技术的光纤气体压力传感器开放微腔显微放大图；图2是本专利技术的光纤气体压力传感器的结构图；图3是本专利技术的光纤气体压力传感器在不同气压下的测试结果曲线；图4是本专利技术的光纤气体压力传感器压力与峰值波长曲线。1-宽带光源；2-待测气体；3-玻璃毛细管；4-包层；5-纤芯；6-不锈钢毛细管；7-“T”型工程塑料管；8-光谱仪。具体实施方式以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。一种光纤马赫-曾德尔干涉型气体压力传感器包括以下步骤：参照图1，首先通过飞秒激光器输出激光，波长为780nm，脉冲周期为120fs，重复率为1KHz，单脉冲功率为6μJ；然后输出激光通过一个20倍放大倍率透镜聚焦，透镜数值孔径为0.5，聚焦激光在平整的普通单模光纤端面纤芯5和包层4界面处烧蚀出24x14x57μm3的矩形坑洞，然后放入光纤熔接机，和另一根单模光纤平整端面熔接，设置熔接电流为6.2mA，熔接持续时间为2.0s。通过放电熔接方法，可以在两根单模光纤的熔接界面处形成一个球形的空腔，空腔的位置在单模光纤纤芯5和包层4中间，直径约为30μm。然后，通过飞秒激光器在单模光纤包层4侧面上烧灼加工长为24μm的微通道，微通道直接与球形空腔相连，微通道在光纤侧面开口处与玻璃毛细管3相连，方便与外界待测气体2接触。光纤微型开放空腔制作完成。具体实施例参照图2光纤气体压力传感器的结构图，为了保证系统工作稳定性和可靠性，将微型开放空腔制备完成的单模光纤(包括纤芯5和包层4)以及玻璃毛细管3套入316不锈钢毛细管6中，增强传感器的机械强度和抗腐蚀性；同时将单模光纤微型开放空腔放入“T”型工程塑料管7中，所有连接部分和填充部分均采用353ND胶封装，增强传感器敏感部位机械强度和防水性能。将单模光纤两端分别接入宽带光源1和光谱仪8，玻璃毛细管3接入待测气体2，通过光谱仪8的光谱图的峰值波长变化即可以推算气体压力值。图3是本专利技术的光纤气体压力传感器在不同气压下的测试结果曲线。可见在待测气体2处于0bar、3bar、5bar、7bar、9bar(1bar＝0.1MPa)不同气压下时，峰值波长强度发生了明显变化，随着压力的增加，峰值波长强度呈现变大趋势。图4是本专利技术的光纤气体压力传感器压力与峰值波长曲线，表明待测气体2气压大小与光谱仪8峰值波长光谱强度之间呈现出良好的线性关系。通过计算，该气体压力传感器的灵敏度约为193.46pm/bar。上述详细说明是针对本专利技术可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本专利技术的专利范围，凡未脱离本专利技术所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤马赫‑曾德尔干涉型气体压力传感器，其特征在于：该方法包括通过飞秒激光器和光纤熔接机在单模光纤上制备微型开放空腔，以及利用光纤微型开放空腔构建马赫‑曾德尔干涉型气压传感器。

【技术特征摘要】
1.一种光纤马赫-曾德尔干涉型气体压力传感器，其特征在于：该方法包括通过飞秒激光器和光纤熔接机在单模光纤上制备微型开放空腔，以及利用光纤微型开放空腔构建马赫-曾德尔干涉型气压传感器。2.根据权利要求1所述飞秒激光器，其特征在于：输出激光波长为780nm，脉冲周期为120fs，重复率为1KHz，单脉冲功率为6μJ。3.根据权利要求1所述光纤熔接机，其特征在于：设置熔接电...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙友华，熊辉，
申请(专利权)人：深圳市中葛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44