本发明专利技术公开了一种光纤双法‑珀压力传感器，包括毛细管、入射光纤和反射光纤，毛细管包括密封端和开口端，在毛细管内部靠近密封端一侧设置有长度为第一腔长的反射光纤，反射光纤与毛细管形成腔长为第一腔长的本征法‑珀腔，用于根据第一腔长得到环境温度；在毛细管开口端设置有入射光纤，入射光纤与反射光纤之间距离为第二腔长，入射光纤、反射光纤与毛细管形成第二腔长的非本征法‑珀腔，用于根据第二腔长得到非本征法‑珀腔数据，非本征法‑珀腔数据与外部压力和环境温度相关。本发明专利技术可以简化探头结构，消除环境温度对压力传感器的影响，提高测量精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种光纤双法-珀压力传感器、测量装 置及计算方法。
技术介绍
光纤法布里-J 自罗干涉仪（Fiber-optic Fabry-Perot interferometer, FFPI)，简 称光纤法-珀干涉仪，或光纤法-珀腔，是一种典型的光纤传感结构。 根据腔内介质是否为光纤，又分为本征法-泊腔（Intrinsic Fabry-Perot interferometer, IFPI)和非本征法-泊腔（Extrinsic Fabry-Perot interferometer, EFPI)。由于非本征法-泊腔传感器制作简单、灵敏度高、稳定性好等优 点，已被广泛应用于环境测量和大型结构监测中，如用作压力、应变等传感器。 现有技术中，如图1所示，采用两个非本征法-珀腔构成压力传感器。但由于非本 征法-珀腔对环境温度敏感，使得在环境温度变化明显或者测量精度要求高时，对测量结 果造成一定的影响。 通过在非本征法-珀腔传感器上再连接一个温度传感单元，如光纤光栅（FBG)用 作温度测量和补偿。但引入额外的结构会增加传感器的复杂度，且在探头安装与封装过程 中带来各种问题，如串联光栅的光纤法-珀腔压力传感器，就需要无应力封闭光纤光栅。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种光纤双法-珀压力传感器、测量装置及 计算方法，可以消除环境温度对压力传感器的影响，从而提高测量精度。 第一方面，本专利技术提供了一种光纤双法-珀压力传感器，包括毛细管、入射光纤和 反射光纤，所述毛细管包括密封端和开口端，在所述毛细管内部靠近密封端一侧设置有长 度为第一腔长的反射光纤，所述反射光纤与所述毛细管形成腔长为第一腔长的本征法-珀 腔，用于根据所述第一腔长得到环境温度； 在所述毛细管开口端设置有入射光纤，所述入射光纤与所述反射光纤之间距离为 第二腔长，所述入射光纤、所述反射光纤与所述毛细管形成第二腔长的非本征法-珀腔，用 于根据所述第二腔长得到所述非本征法-珀腔数据，所述非本征法-珀腔数据与外部压力 和所述环境温度相关。 可选地，所述第一腔长大于第二腔长，用于使本征法-珀腔的温度灵敏度高于非 本征法-珀腔的温度灵敏度。 可选地，所述反射光纤的两端为平面，且所述平面垂直于所述毛细管内壁； 所述入射光纤与所述反射光纤相邻的一端为平面，所述平面垂直于所述毛细管内 壁。 可选地，所述入射光纤与所述反射光纤通过环形焊固定在所述毛细管内部。 可选地，所述毛细管采用熔融石英制成。 第二方面，本专利技术还提供了一种光纤法-珀压力测量装置，利用上述的光纤双 法-泊压力传感器制成，还包括计算单元， 所述计算单元用于根据所述第一环境温度与所述非本征法-珀腔数据计算所述 外部压力。 第三方面，本专利技术还提供了一种光纤双法-珀压力传感器的压力计算方法，该光 纤双法-珀压力传感器包括毛细管、入射光纤和反射光纤，所述毛细管包括密封端和开口 端，在所述毛细管内部靠近密封端处设置有第一腔长的反射光纤，所述反射光纤与所述毛 细管形成第一腔长的本征法-珀腔；通过所述毛细管开口端设置有入射光纤，所述入射光 纤与所述反射光纤之间距离为第二腔长，所述入射光纤、所述反射光纤与所述毛细管形成 第二腔长的非本征法-珀腔；该方法包括： 根据所述第一腔长得到环境温度； 根据所述第二腔长得到所述非本征法-珀腔数据，所述非本征法-珀腔数据与外 部压力和所述环境温度相关； 根据所述第一环境温度与所述非本征法-珀腔数据计算所述外部压力。 可选地，所述根据所述第一腔长得到环境温度的步骤，计算式为： Δ T = Δ G2ZG2 a 1 其中，Δ G2为本征法-珀腔的第一腔长变化值，G 2为本征法-珀腔的实际腔长，a ^ 为反射光纤的热膨胀系数，A T为温度变化值。 可选地，所述根据所述第一环境温度与所述非本征法-珀腔数据计算所述外部压 力，还包括计算所述温度变化引起第二腔长变化的步骤 可选地，所述计算温度变化引起第二腔长变化的步骤，计算式为： AG1= G1Q1AT 其中，Λ G1为非本征法-珀腔的第二腔长变化值，G为本征法-珀腔的实际腔长， Ct1为反射光纤的热膨胀系数，Δ T为温度变化值。 本专利技术通过结合光纤法-珀腔传感器与光纤非法-珀腔传感器，可以在已知光纤 法-珀腔的腔长情况下，得到当前环境温度；在得到光纤非法-珀腔的腔长的情况下，结合 当前环境温度，测得光纤双法-珀压力传感器所受到的外部压力，从而消除环境温度对测 量时的影响。本专利技术传感器的不改变原有封闭、结构简单。【附图说明】 通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理 解为对本专利技术进行任何限制，在附图中： 图1示出了非本征法-珀腔示意图； 图2示出了本专利技术实施例中光纤双法-珀腔结构示意图； 附图标记：10-毛细管，11-毛细管密封端，12-毛细管开口端，20-反射光纤， 21-反射光纤端面，30-入射光纤，31-入射光纤端面，40-环形固定位置。【具体实施方式】 为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实 施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施 例及实施例中的特征可以相互组合。 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可 以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开 的具体实施例的限制。 第一方面，本专利技术提供了一种光纤双法-珀压力传感器，包括毛细管、入射光纤和 反射光纤，毛细管包括密封端和开口端，在毛细管内部靠近密封端一侧设置有长度为第一 腔长的反射光纤，反射光纤与毛细管形成腔长为第一腔长的本征法-珀腔，用于根据第一 腔长得到环境温度； 在毛细管开口端设置有入射光纤，入射光纤与反射光纤之间距离为第二腔长，入 射光纤、反射光纤与毛细管形成第二腔长的非本征法-珀腔，用于根据第二腔长得到非本 征法-珀腔数据，非本征法-珀腔数据与外部压力和环境温度相关。 本专利技术通过结合光纤法-珀腔传感器与光纤非法-珀腔传感器，可以在光纤 法-珀腔的腔长情况下，得到当前环境温度；在得到光纤非法-珀腔的腔长的情况下，结合 当前环境温度，测得光纤双法-珀压力传感器所受到的外部压力，从而消除环境温度对测 量时的影响。本专利技术传感器的不改变原有封闭、结构简单。 如图2所示，本专利技术提供的一种光纤双法-珀压力传感器，包括毛细管10、反射光 纤20和入射光纤30。其中，毛细管10包括密封端11和开口端12,并且内壁平滑的曲面。 反射光纤20长度为G 2,设置在毛细管10内部，并且靠近密封端11。该毛细管10与该反射 光纤20形成了本征法-珀腔，该本征法-珀腔的腔长为G 2。密码端11 一方面保护反射光 纤20的端面21，另一方面隔绝如外部压力的外部环境对反射光纤20的影响。 入射光纤30的一部分通过毛细管10的开口端12设置在毛细管10的内部。该入 射光纤30的端面31与反射光纤20的端面21之间的距离为G 1。该入射光纤30、毛细管10 和反射光纤20形成了非本征法-珀腔。该非本征法-珀腔的腔长为匕。 可选地，反射光纤20的端面21为平面，且该平面垂直于毛细管10的内壁本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光纤双法‑珀压力传感器，其特征在于，包括毛细管、入射光纤和反射光纤，所述毛细管包括密封端和开口端，在所述毛细管内部靠近密封端一侧设置有长度为第一腔长的反射光纤，所述反射光纤与所述毛细管形成腔长为第一腔长的本征法‑珀腔，用于根据所述第一腔长得到环境温度；在所述毛细管开口端设置有入射光纤，所述入射光纤与所述反射光纤之间距离为第二腔长，所述入射光纤、所述反射光纤与所述毛细管形成第二腔长的非本征法‑珀腔，用于根据所述第二腔长得到所述非本征法‑珀腔数据，所述非本征法‑珀腔数据与外部压力和所述环境温度相关。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，喻乐，王笑非，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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