本发明专利技术公开了一种高灵敏度的光纤EFPI传感器及其制作方法，属于光纤传感技术领域。它包括毛细管、单模光纤和反射膜，其中，单模光纤包括入射光纤和反射光纤，入射光纤和反射光纤位于毛细管内的一端上对应各有一段纤芯I和纤芯II，纤芯I的端面和纤芯II的端面之间间隙相对，纤芯I的端面和纤芯II的端面上均设有反射膜，纤芯I的表面和纤芯II的表面均设有反射膜，入射光纤与纤芯I衔接处的端面为横切面I，反射光纤与纤芯II衔接处的端面为横切面II，横切面I和横切面II上均设有反射膜，还包括它的制作方法。与现有的技术相比，本发明专利技术采用在光纤端面镀上一层钯金膜提高端面的反射率，从而提高光纤EFPI的干涉效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是光纤传感
，主要涉及一种高灵敏度的光纤EFPI传感器及其制作方法。
技术介绍
光纤传感器是近几十年来兴起的一种新型传感器，涉及许多重要的领域，主要应用在城市建设中的大桥，大坝等；应用在电力系统方面测量电流，温度等参数；还包括航空航天，环境监测，医学及生物检测等方面，光纤传感器按照结构可分为光纤光栅传感器、光纤珐珀传感器、布里渊背向散射分布式光纤传感器等。其中，光纤珐珀传感器以其结构简单、成本低、精度高、测量范围广等特点，受到了日益广泛的关注。1988年Lee和Taylor制成的本征光纤珐珀传感器(Intrinsic Fabry-Perot Interferometer，IFPI)为内腔式结构，光束都在光纤内部进行反射；1991年Murph等人制作成非本征光纤珐珀传感器(Extrinsic Fabry-Perot Interferometer，EFPI)，在EFPI中存在一个空气腔，可以通过测量腔长的变化来监测环境参数，并且其精细度高、有较宽的波长调节范围等，因此被广泛应用在工程等领域中，传统的EFPI结构是采用普通光纤端面约4％的菲涅尔反射制作，目前，如何改善非本征光纤珐珀传感器的结构，以提高其在应变、液体折射率、温度等参数监测的性能已受到日益广泛的关注。刘申等人制作了基于气泡结构的光纤F-P压力传感器，其对压力的测量的灵敏度达到43.0pm/με，并且温度和应变交叉敏感问题的误差小于0.046με/℃。李辉栋等人通过腐蚀方法制作了基于光纤气泡和纤芯失配的Mach-Zehnder干涉仪，来测量环境液体折射率的变化，但在用腐蚀方法制作Mach-Zehnder干涉仪的过程中，难以控制它的腐蚀程度，并且使用的氢氟酸具有极强的腐蚀性，有毒，使用中有危险性；张伟超等人制作了膜片式EFPI，多用于振动监测，利用石英膜片作为声波耦合的换能元件，实现对液-固复合绝缘介质中局部放电信号的动态监测，反射率为50％。中国专利技术专利，授权号：CN 103335949 A，公布日：2013.10.02。涉及光纤传感
，公开了一种光纤EFPI传感器，是为了解决现有的EFPI光纤传感器的热稳定性不高导致的精确度下降设计的。通过将毛细管的热膨胀系数设置在0.25-0.99之间，实现光线反射端对毛细管的热胀冷缩的补偿，同时也避免了过补偿。此专利只是旨在解决光纤EFPI热稳定不高的问题，对其灵敏度并没有涉及。
技术实现思路
1.要解决的技术问题针对现有技术中EFPI传感器灵敏度不高的问题，本专利技术提供了一种高灵敏度的光纤EFPI传感器及其制作方法。它的灵敏度比传统的光纤EFPI的传感器高，并且对温度不灵敏，具有温度自补偿的功能，应用前景广阔。2.技术方案本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，包括毛细管、单模光纤和反射膜，其中，单模光纤包括入射光纤和反射光纤，入射光纤和反射光纤位于毛细管内的一端各对应有一段纤芯I和纤芯II，纤芯I的端面和纤芯II的端面之间间隙相对，纤芯I的端面和纤芯II的端面上均设有反射膜。此处，纤芯I的端面和纤芯II的端面是指纤芯I横截面的端面和纤芯II横截面的端面。优选地，纤芯I的表面和纤芯II的表面均设有反射膜，EFPI传感器中光在光纤中传播时反射效果更好，一方面使得反射的光束数目多，干涉效果明显；另一方面为解决EFPI光纤传感器外的毛细管热胀冷缩引起的温度敏感问题，通过反射膜来降低温度的影响。此处，纤芯I的表面和纤芯II的表面是指纤芯I圆柱状体的表面和纤芯II圆柱状体的表面，对应地，均不包括以上所述的纤芯I横截面的端面和纤芯II横截面的端面。优选地，纤芯I的端面和纤芯II的端面均是平整的。优选地，入射光纤与纤芯I衔接处的端面为横切面I，反射光纤与纤芯II衔接处的端面为横切面II，横切面I和横切面II上均设有反射膜。优选地，入射光纤的表面和反射光纤的表面均设有反射膜。能够起到温度补偿的作用。此处，入射光纤的表面和反射光纤的表面，对应地，均不包括横切面I和横切面II，是指入射光纤圆柱状体的表面和反射光纤圆柱状体的表面。优选地，反射膜的材料为钯金，反射膜为金属膜，比如银膜，银膜反射率高，但易氧化，不稳定，钯金膜反射率仅次于银膜，但钯金膜不易氧化，性能稳定，反射率为80％。一种高灵敏度的光纤EFPI传感器的制作方法，步骤为：A、加工单模光纤：去除两根单模光纤(分别对应为入射光纤和反射光纤)一端上的保护层、涂覆层及包层，将其端面切平，形成横切面I和横切面II、纤芯I和纤芯II，将纤芯I和纤芯II表面擦拭干净；使用剥线钳去除保护层、涂覆层及包层，光纤放在光纤切割刀上面把端面切平。B、镀膜：纤芯I和纤芯II的端面上镀上材料为钯金的反射膜；采用镀膜设备HUMMER离子镀膜仪，镀膜材料为钯金，选择钯金的原因是由于其具有高反射率、不易氧化，极易与光纤附着粘合，镀膜时间为5min，镀膜时间越长，反射膜的厚度越厚，反射率越高，纤芯I和纤芯II镀膜后直径235um，端面反射率为80％。C、选择毛细管：选用与镀钯金膜单模光纤外径尺寸相匹配的毛细管；毛细管很薄、很硬，能保持水平，光纤刚好能放置在毛细管内，毛细管的规格为内径250um(与镀膜后的单模光纤的直径相匹配)，毛细管的外径1mm，可以保证两根光纤镀钯金膜的端面的中心能够精确对准；D、对准：将两根镀钯金膜的单模光纤端面(即纤芯I和纤芯II的端面)相对放置在毛细管中，形成F-P腔；E、调整F-P腔长：实时调整F-P腔长(即纤芯I和纤芯II的端面之间的距离)实现对传感器干涉参数的调节，直到满足所需设定的参数；F、在固定点处将光纤和毛细管固定连接。在两根光纤离端面约10-15mm处，即固定点上涂覆AB胶，将两根镀钯金膜的光纤端面精确对准水平放置在毛细管中，AB胶稳定性好，附着能力强；采用AB胶的固定方式，步骤F先于步骤E进行，AB胶凝固需要5min，在这段时间里，可以调整F-P腔的腔长；也可以是采用电弧焊接或co2激光器点焊，与步骤E相同，当干涉效果最好时，确定F-P腔长，不再调整纤芯I和纤芯II的端面之间的距离，使用电弧焊接或co2激光器点焊固定点，将光纤和毛细管固定连接在一起。优选地，步骤A中，纤芯I和纤芯II的长度均为5-10mm；步骤D中固定点与纤芯I和纤芯II端面的距离范围均为10-15mm，即光纤EFPI传感器左侧入射光纤上，固定点与纤芯I端面的距离范围为10-15mm，光纤EFPI传感器右侧反射光纤上，固定点与纤芯II端面的距离范围也为10-15mm。这个长度决定了光纤EFPI传感器的长度，进而会影响到光纤EFPI传感器的测量灵敏度。固定点处涂覆AB胶，其稳定性好，附着能力强。优选地，步骤E中，光源的输出端与3dB耦合器的输入端连接，3dB耦合器的一个输出端与入射光纤位于毛细管外部的一端连接，3dB耦合器的另一个输出端与光谱仪连接。步骤E中实时调整F-P腔的腔长d(即纤芯I和纤芯II的端面之间的距离)实现对EFPI传感器干涉参数(即自由谱宽FSR)的调节，直到满足所需设定的参数(即满足干涉效果最好所对应的自由谱宽FSR范围)。优选地，步骤B中，在入射光纤和反射光纤的表面、横切面I和横切面II、纤芯I和纤芯II的表本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，包括毛细管(4)，其特征在于，还包括单模光纤和反射膜(2)，其中，单模光纤包括入射光纤(101)和反射光纤(102)，入射光纤(101)和反射光纤(102)位于毛细管(4)内的一端各对应有一段纤芯I(103)和纤芯II(104)，纤芯I(103)的端面和纤芯II(104)的端面之间间隙相对，纤芯I(103)的端面和纤芯II(104)的端面上均设有反射膜(2)。
【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，包括毛细管(4)，其特征在于，还包括单模光纤和反射膜(2)，其中，单模光纤包括入射光纤(101)和反射光纤(102)，入射光纤(101)和反射光纤(102)位于毛细管(4)内的一端各对应有一段纤芯I(103)和纤芯II(104)，纤芯I(103)的端面和纤芯II(104)的端面之间间隙相对，纤芯I(103)的端面和纤芯II(104)的端面上均设有反射膜(2)。2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，其特征在于，纤芯I(103)的表面和纤芯II(104)的表面均设有反射膜(2)。3.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，其特征在于，纤芯I(103)的端面和纤芯II(104)的端面均是平整的。4.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，其特征在于，入射光纤(101)与纤芯I(103)衔接处的端面为横切面I(105)，反射光纤(102)与纤芯II(104)衔接处的端面为横切面II(106)，横切面I(105)和横切面II(106)上均设有反射膜(2)。5.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，其特征在于，入射光纤(101)的表面和反射光纤(102)的表面均设有反射膜(2)。6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，其特征在于，反射膜(2)的材料为钯金。7.一种高灵敏度的光纤EFPI传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：A、加工单模光纤：去除两根单模光纤(分别对应为入射光纤(101)和反射光纤(...
【专利技术属性】
技术研发人员：王彦，刘加萍，方挺，赵凯，刘吉虹，
申请(专利权)人：马鞍山市安工大工业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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