基于无芯光纤的气压传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于无芯光纤的气压传感器。包括无芯光纤、上端单模光纤、下端单模光纤、壳体、通道、封闭腔和连通腔。无芯光纤的两端分别与上端单模光纤、下端单模光纤熔接，形成多模干涉仪，多模干涉仪竖直贯穿于带有内部空腔的所述壳体中，将液体在竖直方向上填充内部空腔的一段，将内部空腔分割为封闭腔和连通腔。当待测环境气压发生变化时，连通腔与封闭腔之间的压差推动液体发生相应的上移或下移，多模干涉仪通过感知该变化，将气压变化转化为光信号的变化输出。本发明专利技术无需使用膜片或复杂结构的特种光纤，器件结构简洁，采用稳定的多模干涉作为向光信号加载气压信息的方式，提高了传感器抗外界干扰性能，实现了一种大范围高精度的气压传感器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤气压传感器
，尤其涉及一种基于无芯光纤的气压传感器。
技术介绍
光纤气压传感器具有良好的绝缘、耐腐蚀、抗电磁干扰、利于复用、结构轻便等突出优点，受到了人们的广泛关注，尤其可以方便有效地应用于强电磁干扰、腐蚀性、易燃易爆、核辐射等恶劣特殊环境中。目前,现有技术中的光纤气压传感器的结构主要分为两类：一类是基于膜片的光学腔结构，膜片、光纤端面及位于二者之间的空隙共同构成F-P腔，当待测气压发生变化时膜片发生相应形变，从而改变腔长进而实现传感。该基于膜结构的气压传感器的缺点是薄膜易破损、测量范围较小、器件辅助结构繁琐、操作复杂，导致其使用受到了极大限制。另一类则需要借助结构复杂的特种光纤完成传感功能，如边孔光纤、边孔光子晶体光纤、边孔光纤光栅等。边孔类光纤及器件通过检测传输模式的变化感知气压变化，但边孔气压变化对传输模式的影响非常微小，导致该类器件灵敏度不高。此外这边孔类光纤制作难度大、价格昂贵，与传输信号使用的普通光纤接续困难，都限制了基于复杂结构特种光纤的气压传感器进一步实用化。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种基于无芯光纤的气压传感器，以避免使用膜片及相应复杂结构、避免使用复杂特种光纤，并提高气压传感器的应用范围和测量精度。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种基于无芯光纤的气压传感器，包括：无芯光纤、上端单模光纤、下端单模光纤、壳体、通道、封闭腔和连通腔；所述无芯光纤的两端分别与所述上端单模光纤、所述下端单模光纤熔接，形成多模干涉仪，该多模干涉仪竖直贯穿于带有内部空腔的所述壳体中；将一段液体在竖直方向上填充所述壳体的内部空腔的一段，由此将所述壳体的内部空腔分割为封闭腔和连通腔，所述封闭腔内预充一定气压的气体。所述连通腔对应的壳体通过通道与待测环境连通。进一步地，所述无芯光纤竖直放置且完全处于所述壳体的内部空腔内。进一步地，所述液体与所述无芯光纤接触，且液体高度高于所述无芯光纤的长度。进一步地，所述无芯光纤与所述上部单模光纤之间的连接处低于所述壳体的内部空腔上壁，所述无芯光纤与所述下部单模光纤之间的连接处高于所述壳体的内部空腔下壁。进一步地，当所述封闭腔位于所述连通腔的上部时，所述封闭腔中预充气体的初始压强P0小于所述连通腔连通的待测环境初始压强Pc0。进一步地，当所述封闭腔位于所述连通腔的下部时，所述封闭腔中预充气体的初始压强P0大于所述连通腔连通的待测环境初始压强Pc0。进一步地，在所述下部单模光纤的底部端面处设置反射装置，所述反射装置处于所述壳体的内部空腔内，且所述下端单模光纤和所述反射装置高于所述壳体的内部空腔下壁。进一步地，所述反射装置位于液体下方且与液体无接触。进一步地，所述反射装置为反射膜或曲面镜。进一步地，所述液体上方的所述封闭腔带有连通口，该连通口与气压控制设备相连，以调整所述封闭腔中的气压。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的基于无芯光纤的大范围高精度气压传感器所用光纤结构极为简单，无需使用膜片或复杂结构的特种光纤，避免了膜片和复杂结构特种光纤的使用，极大提高了器件的稳定性和可靠性。采用稳定的多模干涉取代F-P腔作为向光信号加载气压信息的方式，提高了传感器抗外界干扰性能，能够提供大范围、高精度的气压传感功能。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一提供的基于无芯光纤的大范围高精度气压传感器的结构图；图2为本专利技术实施例二提供的基于无芯光纤的大范围高精度气压传感器的结构图。图3为本专利技术实施例三提供的基于无芯光纤的大范围高精度气压传感器的结构图。图4为本专利技术实施例四提供的基于无芯光纤的大范围高精度气压传感器的结构图。图5为本专利技术实施例五提供的基于无芯光纤的大范围高精度气压传感器的结构图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。本专利技术实施例使用最简单的光纤器件、最简洁的结构、提供优异的测量范围和测量精度。该传感器光纤及器件制作极为简易，壳体结构简单制作安装容易，器件性能稳定、造价低廉、加工可重复性好，具有良好的应用潜力。本专利技术实施例提供的一种基于无芯光纤的大范围高精度气压传感器包括：包括：无芯光纤、上端单模光纤、下端单模光纤、壳体、通道、封闭腔和连通腔。所述无芯光纤的两端分别与所述上端单模光纤、所述下端单模光纤熔接，形成多模干涉仪，该多模干涉仪竖直贯穿于带有内部空腔的所述壳体中。将一段液体在竖直方向上填充壳体的内部空腔的一段，并将壳体的内部空腔分割为封闭腔和连通腔，封闭腔内预充一定气压的气体。连通腔对应的壳体通过通道与待测环境连通。液体与无芯光纤相接触，无芯光纤实际上是匀质的石英丝，该光纤结构和制作与普通通信光纤相比更为容易，成本极为低廉。实施例一该实施例提供的一种基于无芯光纤的大范围高精度气压传感器的结构如图1所示，包括：上端单模光纤1、无芯光纤2、下端单模光纤3、壳体4、通道5、液体6、封闭腔7和连通腔8。具体连接方式为：无芯光纤2的两端分别与上端单模光纤1、下端单模光纤3熔接形成多模干涉仪。该熔接无特殊要求，可通过商用光纤熔接机直接完成。该多模干涉仪竖直贯穿带有空腔的壳体4并牢固封装。固定后干涉仪无芯光纤2完全处于空腔内，且无芯光纤2与上部单模光纤1之间的连接处低于空腔上壁、无芯光纤2与下部单模光纤3之间的连接处高于空腔下壁。一段液体6在竖直方向上填充壳体4内部空腔的一段，并将空腔分割为封闭腔7和连通腔8两个互不连通的部分。液体6的高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无芯光纤的气压传感器，其特征在于，包括：无芯光纤、上端单模光纤、下端单模光纤、壳体、通道、封闭腔和连通腔；所述无芯光纤的两端分别与所述上端单模光纤、所述下端单模光纤熔接，形成多模干涉仪，该多模干涉仪竖直贯穿于带有内部空腔的所述壳体中；将一段液体在竖直方向上填充所述壳体的内部空腔的一段，由此将所述壳体的内部空腔分割为封闭腔和连通腔，所述封闭腔内预充一定气压的气体。所述连通腔对应的壳体通过通道与待测环境连通。

【技术特征摘要】
1.一种基于无芯光纤的气压传感器，其特征在于，包括：无芯光纤、上端单模光纤、下端单模光纤、壳体、通道、封闭腔和连通腔；所述无芯光纤的两端分别与所述上端单模光纤、所述下端单模光纤熔接，形成多模干涉仪，该多模干涉仪竖直贯穿于带有内部空腔的所述壳体中；将一段液体在竖直方向上填充所述壳体的内部空腔的一段，由此将所述壳体的内部空腔分割为封闭腔和连通腔，所述封闭腔内预充一定气压的气体。所述连通腔对应的壳体通过通道与待测环境连通。2.根据权利要求1所述的基于无芯光纤的气压传感器，其特征在于，所述无芯光纤竖直放置且完全处于所述壳体的内部空腔内。3.根据权利要求2所述的基于无芯光纤的气压传感器，其特征在于，所述液体与所述无芯光纤接触，且液体高度高于所述无芯光纤的长度。4.根据权利要求1所述的基于无芯光纤的气压传感器，其特征在于，所述无芯光纤与所述上部单模光纤之间的连接处低于所述壳体的内部空腔上壁，所述无芯光纤与所述下部单模光纤之间的连接处高于所述壳体的内部空腔下壁。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晶晶，裴丽，李晶，宁提纲，简伟，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11