全光纤温度自补偿微型Ｆ－Ｐ加速度传感器及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种全光纤温度自补偿微型Ｆ－Ｐ加速度传感器，它包括两根普通单模光纤、两根空芯光纤、实芯光子晶体光纤，所述的传感器按普通单模光纤、空芯光纤、实芯光子晶体光纤、空芯光纤、普通单模光纤的顺序顺次焊接和熔接；本发明专利技术还公开了一种全光纤温度自补偿微型Ｆ－Ｐ加速度传感器的制作方法及测量装置；本发明专利技术的有益技术效果是：使加速度计实现了微型化和温度自补偿，并且该加速度计制作简单、灵敏度高、响应速度快、耐高温，特别是可应用于恶劣环境如水下、高电磁场环境、高污染环境、温度变化大的各种状况下的加速度和振动量的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感器及其制作方法，尤其涉及一种全光纤温度自补偿微型F-P加速度 传感器及制作方法。
技术介绍
加速度是物理学和工程领域非常重要的参数之一。加速度的测量在许多领域都有广泛的 应用，如在航空航天领域可用于导弹的制导、飞机的导航、人造卫星的姿态控制和国际空间 站低频加速度的测量等；在汽车工业，为了确定汽车本身的缓冲性能，主要用于悬浮系统， 预刹车/牵引系统，驾驶系统和安全系统；在电厂，可实现对大型电器设备的遥测，如发动机、 变压器等内部机组的测量等。因此加速度的测量具有重要的实际应用价值，研究丌发新型实 用的加速度传感器尤为重要。基于MEMS工艺的压阻式或电容式传感器具有体积小，易于集成和处理速度快等优点， 但这种传感器却不能应用于温度大于200度的环境，也不能应用于具有电磁干扰等恶劣环境 的加速度测量；基于简谐振动的机械式加速度计存在灵敏度低、体积庞大等缺点；上面两类 传感器中环境温度的变化都会对测量结果产生干扰，因此使用这类加速度传感器还必须附带 温度校正装置，从而增加了测量的不准确度。光纤传感器以其防爆、抗电磁干扰、抗腐蚀、 耐高温、结构小巧等优点而闩益受到人们的重视。由于目前许多领域都要求实时、实地、多 参量测量，特别是现在对于具有温度自补偿能力、且耐高温的加速度传感器需求强烈。在光纤传感技术的大家庭中，光纤法布里-珀罗(F-P)干涉传感器是目前历史最长、技 术最为成熟、应用最为广泛的一种光纤传感器之一，已经被成功用于测量温度、应变、压力、 位移、超声波、折射率等参数，商用化程度很高。
技术实现思路
基于以上的问题，本专利技术提出了一种全光纤温度自补偿微型F-P加速度传感器，它包括 两根普通单模光纤、两根空芯光纤、 一根实芯光子晶体光纤，在实芯光子晶体光纤两端分别 熔接空芯光纤，将两根普通单模光纤端头的一小段分别插入两根空芯光纤的空芯孔内并焊接 固定；其中，实芯光子晶体光纤上有轴向贯穿实芯光子晶体光纤的扇形通孔，扇形通孔与实 芯光子晶体光纤横切面同圆心；扇形通孔的分隔部分形成振动臂；所有扇形通孔和振动臂一 起组成圆环形状，圆环所围的部分形成振动块。所述的振动臂的数量为2个或2个以上，且在不同数量的振动臂情况下，各个振动臂之 间都按圆心角对称；振动臂的弧所对应的圆心角范围为5° 15 °。所述的扇形通孔的内径为20 30微米，外径为50~60微米；空芯光纤的内径为140-1605微米，外径大于250微米；实芯光子晶体光纤的外径与空芯光纤的外径相同；普通单模光纤 的直径与空芯光纤的内径紧密配合；实芯光子晶体光纤的长度为500微米~2毫米。振动块位于实芯光子晶体光纤的轴向中部，振动臂的厚度小于振动块的厚度，厚度差为 0~40微米；实芯光子晶体光纤的厚度大于振动块的厚度，厚度差为40-60微米。所述的空芯光纤采用空芯光子晶体光纤时，则空芯光纤长度为10微米 10厘米；空芯光 纤采用空芯玻璃光纤时，则空芯光纤长度为10~800微米。所述的振动块两端面都镀有银膜，厚度为5-10微米。两根普通单模光纤和两根空芯光纤的焊接处的普通单模光纤端面分别形成两个反射面， 振动块的两个端面到各自那侧的反射面的距离相同。前述的全光纤温度自补偿微型F-P加速度传感器的制作方法，如下该方法的工艺歩骤包括1) 利用微动台将第一根普通单模光纤端头的一小段插入第一根空芯光纤的空芯孔内，采用C02激光焊接方法将第一根普通单模光纤和第一根空芯光纤的插接处焊接固定；2) 根据需要的F-P干涉腔长度，切割第一根空芯光纤；3) 在实芯光子晶体光纤一端的端面镀上银膜，采用飞秒激光或157nm激光微加工法， 在实芯光子晶体光纤的镀膜端，加工出与实芯光子晶体光纤横切面同圆心的若干个扇形通孔； 加工振动臂、振动块的厚度；采用手动熔接的方法将实芯光子晶体光纤镀膜端与第一根空芯 光纤的切割端熔接；4) 根据需要的长度，切割实芯光子晶体光纤；5) 采用研磨盘将实芯光子晶体光纤精确研磨到设计长度；6) 再采用飞秒激光或157nm激光微加工法，在实芯光子晶体光纤的研磨端，加工振动臂、 振动块的厚度，使振动块位于实芯光子晶体光纤的轴向中部；7) 在振动块的裸露端镀上银膜；8) 采用手动熔接的方法，将第二根空芯光纤的一端与实芯光子晶体光纤的研磨端熔接；9) 在显微镜下手动切割第二根空芯光纤的长度；10) 利用微动台将第二根普通单模光纤端头的一小段插入第二根空芯光纤的空芯孔内， 采用C02激光焊接方法将第二根普通单模光纤和第二根空芯光纤的插接处焊接固定。上述工艺步骤中，各个器件的工艺参数为空芯光纤采用空芯光子晶体光纤时长度为10 微米 10厘米，空芯光纤采用空芯玻璃光纤时长度为10微米 800微米；实芯光子晶体光纤的长度为500微米 2毫米；振动臂的数量为2个或2个以上，且在不同数量的振动臂情况下， 各个振动臂之间都按圆心角对称；振动臂的弧所对应的圆心角为5° 15 °;扇形通孔的内径 为20 30微米，外径为50 60微米；振动臂的厚度小于振动块的厚度，厚度差为0 40微米；实芯光子晶体光纤的厚度大于振动块的厚度，厚度差为40-60微米。本专利技术还公开了一种采用全光纤温度自补偿微型F-P加速度传感器的测量装置，它包括 激光光源、调制器、三个耦合器、两个隔离器、两个光电探测器、信号采集电路、计算机和 全光纤温度自补偿微型F-P加速度传感器；其中，激光光源、调制器顺次光路连接到第一个 耦合器的一端，第一个耦合器的另一端分别与两个隔离器的输入端光路连接；其中一个隔离 器的输出端、全光纤温度自补偿微型F-P加速度传感器的一端、其中一个光电探测器输入端， 三者通过第二个耦合器光路连接；另一个隔离器的输出端、全光纤温度自补偿微型F-P加速 度传感器的另一端、另一个光电探测器输入端，三者通过第三个耦合器光路连接；两个光电 探测器的输出端都与信号采集电路通信连接，信号采集电路与计算机通信连接。本专利技术的有益技术效果是使加速度计实现了微型化和温度自补偿，并且该加速度计制 作简单、灵敏度高、响应速度快、耐高温，特别是可应用于恶劣环境如水下、高电磁场环境、 高污染环境、温度变化大的各种状况下的加速度、和振动量的测量。 附图说明附图1为全光纤温度自补偿微型F-P加速度传感器结构图； 附图2为振动臂数量为2时的实芯光子晶体光纤的端面结构图； 附图3为振动臂数量为3时的实芯光子晶体光纤的端面结构图； 附图4为振动臂数量为4时的实芯光子晶体光纤的端面结构图； 附图5为采用本专利技术的传感器的测量装置的结构图中普通单模光纤l、空芯光纤2、实芯光子晶体光纤3、振动臂3-l、振动块3-2、扇 形通孔3-3、激光光源4、调制器5、耦合器6、隔离器7、光电探测器8、信号采集器9、计 算机IO、全光纤温度自补偿微型F-P加速度传感器ll、上干涉腔ll-1、下干涉腔ll-2。具体实施例方式参见附图l，如图所示，本专利技术的传感器结构包括两根普通单模光纤l、两根空芯光纤 2、 一根实芯光子晶体光纤3，在实芯光子晶体光纤3两端分别熔接空芯光纤2，将两根普通 单模光纤l端头的一小段分别插入两根空芯光纤2的空芯孔内并焊接固定；其中，实芯光子 晶体光纤3上有轴向贯穿实芯光子晶体光纤3的扇形通孔3-3，扇形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全光纤温度自补偿微型Ｆ－Ｐ加速度传感器，其特征在于：它包括：两根普通单模光纤（１）、两根空芯光纤（２）、一根实芯光子晶体光纤（３），在实芯光子晶体光纤（３）两端分别熔接空芯光纤（２），将两根普通单模光纤（１）端头的一小段分别插入两根空芯光纤（２）的空芯孔内并焊接固定；其中，实芯光子晶体光纤（３）上有轴向贯穿实芯光子晶体光纤（３）的扇形通孔（３－３），扇形通孔（３－３）与实芯光子晶体光纤（３）横切面同圆心；扇形通孔（３－３）的分隔部分形成振动臂（３－１）；所有扇形通孔（３－３）和振动臂（３－１）一起组成圆环形状，圆环所围的部分形成振动块（３－２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱涛，饶云江，柯涛，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]