一种光纤压力传感器制造技术

本实用新型专利技术适用于传感器领域，提供了一种光纤压力传感器，包括信号发射与接收装置、传输光纤和压力探测装置，其中，传输光纤包括与信号发射与接收装置连接的光入射端、与压力探测装置连接的光反射端，压力探测装置包括介质存储腔、折射率敏感介质和弹性膜片，介质存储腔具有与传输光纤的轴向方向平行的开口端，传输光纤的光反射端的纤芯面与介质存储腔的沿腔长方向的内侧面构成法布里‑珀罗谐振腔的两个反射面，介质存储腔内填充有折射率敏感介质，并通过弹性膜片密封其开口端。该弹性膜片形变引起折射率敏感介质的折射率变化，弹性膜片可作为压力传感器的压力感应面，用于测量从传输光纤的侧面施加的压力。

An Optical Fiber Pressure Sensor

【技术实现步骤摘要】
一种光纤压力传感器
本技术属于传感器领域，尤其涉及一种光纤压力传感器。
技术介绍
压力传感器广泛应用于各个领域，包括航空航天、土木工程、生物医学、海洋工程等，科技的发展对压力传感器提出了更高的要求：高灵敏度、结构紧凑、抗电磁干扰、低能耗、便于集成分布、能应用于强酸强碱等恶劣环境。基于法布里-珀罗(简称F-P)干涉原理、利用光纤制作的光纤法布里-珀罗压力传感器，其优点是体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强、耐酸碱腐蚀、耐高温、便于集成分布、能耗低、无毒性、不导电等。现有的绝大部分光纤F-P压力传感器的传感面都设置在光纤的顶端，只能用于测量来自于光纤端部方向的压力。然而，越来越多的场合需要对来自于光纤侧面的压力进行测量，显然现有的光纤压力传感器不能满足要求。
技术实现思路
本技术提供了一种光纤压力传感器，旨在解决现有的光纤压力传感器不能用于测量光纤侧面的压力的技术问题。为解决上述技术问题，本技术提供一种光纤压力传感器，包括：信号发射与接收装置、传输光纤和压力探测装置；所述传输光纤包括与所述信号发射与接收装置连接的光入射端、与所述压力探测装置连接的光反射端；所述压力探测装置包括介质存储腔、折射率敏感介质和弹性膜片，其中，所述介质存储腔具有与所述传输光纤的轴向方向平行的开口端，所述传输光纤的光反射端的纤芯面与所述介质存储腔的沿腔长方向的内侧面构成法布里-珀罗F-P谐振腔的两个反射面；所述介质存储腔内填充有折射率敏感介质，并通过所述弹性膜片密封其开口端。本技术与现有技术相比，有益效果在于：由于传输光纤的光反射端的纤芯面与介质存储腔的内侧面构成F-P谐振腔的两个反射面，因此信号发射与接收装置提供的光信号分别在两个反射面产生的反射光相干，当外界压力通过弹性膜片传导至该F-P谐振腔，导致介质存储腔内填充的折射率敏感介质对光的折射率发生变化时，改变了干涉光谱特性。通过分析该干涉光谱特性数据，可精确地测量施加在弹性膜片上的压力的大小。在本技术中，由于介质存储腔具有与传输光纤的轴向方向平行的开口端，设置于介质存储腔的开口端的弹性膜片可作为压力感应面，用于接收从传输光纤的侧面施加的压力，因此本技术提供的光纤压力传感器可用于测量传输光纤的侧面方向的压力。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例提供的的技术方案，下面将对本技术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技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术第一实施例提供的光纤压力传感器的结构示意图；图2为本技术第一实施例提供的光纤压力传感器的剖面图；图3(a)为本技术第二实施例提供的光纤压力传感器中的压力探测装置的横向剖面图；图3(b)为本技术第二实施例提供的光纤压力传感器中的压力探测装置的纵向剖面图；图4(a)为本技术第三实施例提供的光纤压力传感器中的压力探测装置的横向剖面图；图4(b)为本技术第三实施例提供的光纤压力传感器中的压力探测装置的纵向剖面图；图5为本技术第四实施例提供的一种光纤压力传感器的制作方法流程图。具体实施方式为使得本技术的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。请参阅图1，为本技术第一实施例提供的光纤压力传感器的结构示意图。该光纤压力传感器包括信号发射与接收装置1、传输光纤2和压力探测装置3。如图2所示，图2为本技术第一实施例提供的光纤压力传感器的剖面图。图2中未示出信号发射与接收装置1。其中，传输光纤2包括纤芯21以及与信号发射与接收装置1连接的光入射端(图2中传输光纤的左端)、与压力探测装置3连接的光反射端(图2中传输光纤的右端)。该压力探测装置3包括介质存储腔31、折射率敏感介质(图中未标出)和弹性膜片32，其中，介质存储腔31具有与传输光纤2的轴向方向平行的开口端，且传输光纤2的光反射端的纤芯面与介质存储腔31的沿腔长方向的内侧面构成F-P谐振腔的两个反射面。介质存储腔31内填充有折射率敏感介质，并通过弹性膜片32密封其开口端，其中，弹性膜片32受力形变会引起腔内的折射率敏感介质的折射率变化。在本技术实施例中，由于该弹性膜片32受力形变将接收到的压力传递到F-P腔，该弹性膜片32可作为压力传感器的传感面。并且，由于弹性膜片32与传输光纤2的轴向方向平行，该弹性膜片32可用于测量来自于传输光纤2的侧向、径向方向的压力。具体地，信号发射与接收装置1可用于提供连续的光信号，该光信号从传输光纤2的光入射端垂直射入，并在其光反射端发生菲涅尔反射。传输光纤2的光反射端的纤芯面与介质存储腔31的沿腔长方向的内侧面互相平行，共同构成F-P谐振腔的两个反射面，一部分光信号被该纤芯面反射回传输光纤2中，另一部分透射进入介质存储腔31，并在介质存储腔31的内侧面上发生反射，且该反射光穿过传输光纤2的光反射端后与传输光纤2中的反射光发生干涉。由于介质存储腔31的腔长方向与传输光纤2的轴向方向一致，且腔长一定，也就是传输光纤2的光反射端与介质存储腔31的沿腔长方向的内侧面之间的距离不变，故光在F-P光学谐振腔中传播的距离不变。光经传输光纤2垂直射入介质存储腔31，分别被传输光纤2的光反射端的纤芯面、介质存储腔31的该内侧面反射，形成反射光E1和反射光E2，将介质存储腔31的外侧面粗糙化处理，入射光在该粗糙面上的反射可以忽略，因此反射谱可看作是E1、E2双光束干涉。信号发射与接收装置1还用于接收从传输光纤2的光反射端传递到光入射端的干涉光信号，并对该干涉光信号进行解调处理。需要说明的是，当外界压力作用于弹性膜片32上使其发生弹性形变时，介质存储腔31的体积改变，介质存储腔31内填充的折射率敏感介质的密度和对光的折射率随之变化，由于光信号在F-P谐振腔中传播的路程不变，介质的折射率变化会导致光信号在该F-P谐振腔中的光程发生变化，进而引起干涉光谱变化。光程理解为在相同时间内光在真空中传播的距离，通常情况下，光程在数值上等于介质折射率乘以光在介质中传播的路程。本技术实施例提供的光纤压力传感器通过对产生的干涉光谱进行解调以获得外部压力。进一步地，信号发射与接收装置1包括光源模块、解调模块和转换模块。其中，光源模块用于提供信号光。解调模块用于接收由F-P谐振腔产生的干涉光谱信号，并通过对干涉光谱信号解调以获取折射率信息。转换模块中保存有介质的折射率与弹性膜片32所受压力的对应关系，用于将获取到的折射率信息转换为被测压力。由于介质的折射率变化会引起两束反射光的光程差改变，从而导致产生的干涉光谱中波峰或波谷的位置发生漂移，本技术实施例中利用信号发射与接收装置1，具体为光纤解调仪等设备对干涉光谱解调。由于光谱中波峰或波谷的位置漂移反映了光程差的改变，漂移的距离与介质存储腔31内的介质折射率直接相关，从而实现高精度解调。通过解调该干涉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤压力传感器，其特征在于，所述光纤压力传感器包括：信号发射与接收装置、传输光纤和压力探测装置；所述传输光纤包括与所述信号发射与接收装置连接的光入射端、与所述压力探测装置连接的光反射端；所述压力探测装置包括介质存储腔、折射率敏感介质和弹性膜片，其中，所述介质存储腔具有与所述传输光纤的轴向方向平行的开口端，所述光反射端的纤芯面与所述介质存储腔的沿腔长方向的内侧面构成法布里‑珀罗F‑P谐振腔的两个反射面；所述介质存储腔内填充有折射率敏感介质，并通过所述弹性膜片密封其开口端。

【技术特征摘要】
1.一种光纤压力传感器，其特征在于，所述光纤压力传感器包括：信号发射与接收装置、传输光纤和压力探测装置；所述传输光纤包括与所述信号发射与接收装置连接的光入射端、与所述压力探测装置连接的光反射端；所述压力探测装置包括介质存储腔、折射率敏感介质和弹性膜片，其中，所述介质存储腔具有与所述传输光纤的轴向方向平行的开口端，所述光反射端的纤芯面与所述介质存储腔的沿腔长方向的内侧面构成法布里-珀罗F-P谐振腔的两个反射面；所述介质存储腔内填充有折射率敏感介质，并通过所述弹性膜片密封其开口端。2.根据权利要求1所述的光纤压力传感器，其特征在于，所述弹性膜片受力形变引起折射率敏感介质的折射率变化；所述信号发射与接收装置包括光源模块、解调模块和转换模块；所述光源模块用于提供信号光；所述解调模块用于接收由所述F-P谐振腔产生的干涉光谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟，何俊，王义平，徐锡镇，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：广东,44