光纤法珀气泡腔传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种光纤法珀气泡腔传感器及其制作方法，属于光纤传感器技术领域。其中，光纤法珀气泡腔传感器包括一根光纤，在所述光纤的内部埋有一个气泡，所述气泡构成光纤法珀气泡腔，其中，包埋有气泡的光纤段直径小于未包埋气泡的光纤段直径，所述包埋有气泡的光纤段被去掉至少部分侧壁。具有这种设计结构的光纤传感器，由于气泡腔具有极小的横截面积的特点，极大地提高了光纤法珀气泡腔传感器的应变和应力测量灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
光纤法珀气泡腔传感器及其制作方法
本专利技术属于光纤传感
，特别是涉及一种光纤法珀气泡腔传感器及其制作方法。
技术介绍
光纤传感具有微型化，抗电磁干扰，耐腐蚀，可测量物理量多的特点，在工程技术和科学研究上都有广泛的研究和应用。其测量对象有：位移，压力，应变，电流，电压，气体，振动，加速度等等。基于光纤的传感器种类繁多，有法布里玻罗传感器，布拉格光栅传感器，马赫增德尔干涉传感器，长周期光纤光栅传感器等，其中法布里玻罗传感器里有一类光纤法珀气泡腔传感器，它的特点是在光纤的包层里有一个空气泡，在光纤轴向的气泡的两个侧面形成一个法珀腔，这样的光纤法珀气泡腔经常用来传感应力、应变两个物理量。和其他的光纤传感器相比，在应力和应变的传感上，光纤法珀气泡腔传感器具有较高的灵敏度以及极小的温度交叉灵敏性。传统的光纤法珀气泡腔的制作，主要是用各种加工方法在光纤端面产生缺陷再熔接两个光纤，或者使用光子晶体这样的特种光纤或者玻璃管和光纤熔接，从而在内部制备出气泡。由于应力和应变的灵敏度和气泡腔的侧壁的横截面积有关，横截面积越小，灵敏度越高，所以传统的光纤主要是通过增大气泡腔的内侧壁直径来减小横截面积，而外壁的尺寸大小是无法调控的，所以限制了气泡腔侧向横截面积的进一步减小，从而限制了应力、应变传感精度的进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种光纤法珀气泡腔传感器及其制作方法。根据本专利技术的一方面，提供一种光纤法珀气泡腔传感器，包括一根光纤，在所述光纤的内部埋有一个气泡，所述气泡构成光纤法珀气泡腔，其中，包埋有气泡的光纤段直径小于未包埋气泡的光纤段直径，所述包埋有气泡的光纤段被去掉至少部分侧壁。在进一步的实施方案中，所述气泡是长方体结构、椭球体结构或球体结构。在进一步的实施方案中，所述气泡的结构用于形成双光束干涉。在进一步的实施方案中，所述未包埋气泡的光纤段段直径为去掉涂覆层的包层直径。在进一步的实施方案中，所述光纤包括第一光纤和第二光纤，第一光纤包括第一端面，第二光纤包括第二端面，所述第一端面和第二端面对接后形成中空的所述气泡。在进一步的实施方案中，所述第一端面和第二端面至少有部分具有凹面结构，以在对接后形成中空的所述气泡。在进一步的实施方案中，所述第一光纤和第二光纤各自选择：单模光纤，多模光纤，或光子晶体光纤。在进一步的实施方案中，所述第一光纤和第二光纤选择相同的光纤，或者不同的光纤。根据本专利技术的另一方面，提供一种光纤法珀气泡腔传感器的制作方法，包括：分别去除第一光纤和第二光纤尾端的部分侧壁，第一光纤尾端具有第一端面，第二光纤尾端具有第二端面，将第一端面和/或第二端面处理成包含凹面的结构；将经过处理的第一端面和第二端面进行对接，形成光纤法珀气泡腔。在进一步的实施方案中，所述的处理包括以下至少一种：采用激光加工、电子束或离子束刻蚀、以及化学腐蚀。在进一步的实施方案中，所述的去除第一光纤和第二光纤尾端的部分侧壁，采用以下至少一种方式：将第一光纤和第二光纤的整个外侧都去除设定的厚度；或者将光纤的部分外侧去除设定的厚度，使得光纤尾端部分的横截面积减少。在进一步的实施方案中，所述的凹面的结构包括以下至少一种：圆柱形、长方体形、或者球面形、类球面形、和异面型；所述凹面结构作为气泡腔的镜面。在进一步的实施方案中，所述的对接方式为：激光熔接、电弧熔接或者粘接。本专利技术的有益效果是：现有的技术主要通过增大光纤气泡腔的内壁的直径来减小光纤气泡腔的横截面积。而本专利技术的技术，在现有技术的基础上，同时还通过减小光纤气泡腔的外壁直径大小，使得光纤气泡腔的侧壁横截面面积大幅减小，从而提高了光纤腔的应力和应变的灵敏度。附图说明图1是本专利技术实施例的光纤法珀气泡腔传感器的过光纤中轴线的剖面示意图。其中(a)是第一光纤(即引导光纤)，(b)是第二光纤，(c)是光纤法珀气泡腔。图2是图1所述传感器的气泡腔的横截面示意图，其中D1是未包埋气泡的光纤段直径，即光纤的包层直径，D2是光纤包层去掉部分外壁厚度后的直径，D3是光纤法珀气泡腔的内直径。图3A和图3B是一种实施方式中的光纤尾端的侧壁结构剖面示意图和俯视图，其中D1是未包埋气泡的光纤段直径，即光纤包层的直径，D2是端面圆形的直径。图4A和图4B是另一种实施方式中的光纤尾端的凹球面结构剖面示意图和俯视图，其中D1是未包埋气泡的光纤段直径，即光纤包层直径，D2是凹球面圆槽的直径。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。以下是通过具体实施例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术也可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可针对不同观点与应用，在不脱离本创作的精神下进行各种修饰与变更。其次，本专利技术中所使用的序数例如“第一”、“第二”等用词，以修饰本申请所涉及的组件，其本身并不意味及代表该请求组件有任何之前的序数，也不代表某一请求组件与另一请求组件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一请求组件得以和另一具有相同命名的请求组件能作出清楚区分。根据本专利技术的基本构思，提供一种光纤法珀气泡腔传感器，包括一根光纤，在所述一根光纤的内部埋有一个气泡，所述气泡构成光纤法珀气泡腔，其中，包埋有气泡的光纤段直径小于未包埋气泡的光纤段直径。所述光纤法珀气泡腔在结构上的特点是气泡腔的侧壁的外直径小于光纤的直径，也就是说通过减小气泡腔外侧的直径，减小气泡腔的横截面积，从而提高应力和应变的传感灵敏度。本专利技术实施例提供一种光纤法珀气泡腔传感器，如图1所示，为所述传感器的过光纤中轴线的剖视图，其中(a)是第一光纤(即引导光纤)，(b)是第二光纤，(c)是光纤内的气泡。所述第一光纤的第一端面，气泡，以及第二光纤的第二端面组成封闭的光纤法珀气泡腔结构。所述光纤气泡腔的侧壁的外直径小于光纤包层的直径。如图2所示，为所述传感器的过法珀气泡腔的侧向横截面的剖视图，其中D1是未包埋气泡的光纤段直径(即光纤包层的直径)，D2是包埋有气泡的光纤段直径，D3是光纤法珀气泡腔的侧壁的内直径。所述气泡腔的侧壁的横截面积为π(D22-D32)/4。而传统的气泡腔由于没有对气泡腔的外壁进行去除处理，假设其光纤直径为D1，内侧壁直径为D3，其侧壁的横截面积为π(D12-D32)/4。显然，所述去除外侧壁的光纤法珀气泡腔的横截面积小于所述未去除侧壁的横截面积。那么，在应力和应变的测量中，所述去除外侧壁的光纤法珀气泡腔具有更高的灵敏度。在一些实施例中，所述气泡是长方体结构、椭球体结构或球体结构。需要指出的是，所述气泡的结构要用于形成双光束干涉。在一些实施例中，所述第一端面和第二端面至少有部分具有凹面结构，以在对接后形成中空的所述气泡。在一些实施例中，所述第一光纤和第二光纤各自选择：单模光纤，多模光纤，或光子晶体光纤。在一些实施例中，所述第一光纤和第二光纤的材料可以不同，也可以相同。根据本专利技术的实施例，还提供一种光纤法珀气泡腔传感器的制作方法，可以包括如下步骤：分别去除第一光纤和第二光纤尾端的部分侧壁，第一光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤法珀气泡腔传感器，其特征在于，包括一根光纤，在所述光纤的内部埋有一个气泡，所述气泡构成光纤法珀气泡腔，其中，包埋有气泡的光纤段直径小于未包埋气泡的光纤段直径，所述包埋有气泡的光纤段被去掉至少部分侧壁。

【技术特征摘要】
1.一种光纤法珀气泡腔传感器，其特征在于，包括一根光纤，在所述光纤的内部埋有一个气泡，所述气泡构成光纤法珀气泡腔，其中，包埋有气泡的光纤段直径小于未包埋气泡的光纤段直径，所述包埋有气泡的光纤段被去掉至少部分侧壁。2.根据权利要求1所述的光纤法珀气泡腔传感器，其特征在于，所述气泡是长方体结构、椭球体结构或球体结构。3.根据权利要求1所述的光纤法珀气泡腔传感器，其特征在于，所述气泡的结构用于形成双光束干涉。4.根据权利要求1所述的光纤法珀气泡腔传感器，其特征在于，所述未包埋气泡的光纤段段直径为去掉涂覆层的包层直径。5.根据权利要求1所述的光纤法珀气泡腔传感器，其特征在于，所述光纤包括第一光纤和第二光纤，第一光纤包括第一端面，第二光纤包括第二端面，所述第一端面和第二端面对接后形成中空的所述气泡。6.根据权利要求5所述的光纤法珀气泡腔传感器，其特征在于，所述第一端面和第二端面至少有部分具有凹面结构，以在对接后形成中空的所述气泡。7.根据权利要求5所述的光纤法珀气泡腔传感器，其特征在于，所述第一光纤和第二光纤各自选择：单模光纤，多模光纤，或光子晶体光纤。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：周坤，崔金明，黄运锋，李传峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34