一种基于共模结构的光纤微光液体传感器及检测系统技术方案

本实用新型专利技术提出了一种基于共模结构的光纤微光液体传感器及检测系统，通过设置镜像对称的两法布里

【技术实现步骤摘要】
一种基于共模结构的光纤微光液体传感器及检测系统


[0001]本技术属于光纤检测
，具体地说，涉及一种基于共模结构的光纤微光液体传感器及检测系统。

技术介绍

[0002]液体测量技术目前已广泛应用在工业及生产生活中，包括航空航天、工业存储等领域均有涉及。但对于高温、高电磁场、高腐蚀等液体测量场景，传统式电子式液体测量系统已无法满足需求。因此，如何准确、便捷地对液体进行多参量测量，以及成为学术界和工业界研究的重点。
[0003]光纤结构的光传感器具有无缘、紧凑、抗电磁干扰等优势，极其适合应用于复杂环境中。其中，基于光纤微光机电系统(MEMS)的法布里
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珀罗干涉式光纤传感器因其高灵敏度、高精度等特性，已在温度感知、压力传感、声波探测等场景得到了广泛使用。但是现有MEMS光纤传感方案，在多测量参量方面仍与传统液体测量系统存在差距，通常只能单独测量液体密度或者液位信息，在多参数解耦合方面难度巨大，远无法满足实际应用的需要。

技术实现思路

[0004]本技术针对现有技术的上述缺陷和需求，提出了一种基于共模结构的光纤微光液体传感器及检测系统，通过设置镜像对称的两法布里
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珀罗干涉腔，并将其中一个设置为液体流动的液体腔，另一个设置为密封的空气腔，两个干涉腔之间采用复合型MEMS薄膜隔离，从而通过液体的流动造成的液压带动复合型MEMS薄膜对空气腔一侧进行不同的移动，从而造成腔内光谱强度的变化，从而测量出液体容器内的液体变化情况。本技术通过上述设置实现了复杂环境下对液体容器中液体参数的多方位精确测量。
[0005]本技术具体实现内容如下：
[0006]本技术提出了一种基于共模结构的光纤微光液体传感器，安装在液体容器中，与激光发射及检测系统连接，用于对液体容器中的液体进行测量，所述光纤微光液体传感器包括两个光纤组件和复合型MEMS薄膜，其中一组光纤组件为液体腔光纤组件，另一组光纤组件为空气腔光纤组件，每组光纤组件包括单模光纤、毛细玻璃管、外玻璃管；
[0007]所述毛细玻璃管密封设置在所述外玻璃管的一端口，所述单模光纤穿过毛细玻璃管进入外玻璃管中；所述单模光纤位于外玻璃管外侧的一端连接所述激光发射及检测系统；
[0008]两个光纤组件的外玻璃管未设置毛细玻璃管的一端通过复合型MEMS薄膜对接密封连接；
[0009]在为液体腔光纤组件的外玻璃管上设置有进水口和出水口；
[0010]所述液体腔光纤组件通过对应的单模光纤、毛细玻璃管、外玻璃管、进水口和出水口形成液体法布里
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珀罗干涉腔；所述空气腔光纤组件通过对应的单模光纤、毛细玻璃管、外玻璃管形成空气法布里
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珀罗干涉腔。
[0011]为了更好地实现本技术，进一步地，所述复合型MEMS薄膜分为三层，分别为第一高折射率镀膜、氮化硅层、第二高折射率镀膜；
[0012]所述第一高折射率镀膜与为液体腔光纤组件的外玻璃管的管口密封连接；所述第二高折射率镀膜与为空气腔光纤组件的外玻璃管的管口密封连接。
[0013]为了更好地实现本技术，进一步地，所述第一高折射率镀膜和第二高折射率镀膜的厚度为四分之一入射光波长的奇数倍。
[0014]为了更好地实现本技术，进一步地，所述单模光纤、毛细玻璃管、外玻璃管、复合型MEMS薄膜之间中心对齐。
[0015]一种基于共模结构的光纤微光液体传感器检测系统，安装在液体容器中，用于对液体容器中的液体进行测量；所述光纤微光液体传感器检测系统包括扫频激光器、3dB耦合器、环形器、光谱分析仪、光纤微光液体传感器；
[0016]所述光纤微光液体传感器设置N组，N≥1；每组光纤微光液体传感器包括包括两个光纤组件和复合型MEMS薄膜，其中一组光纤组件为液体腔光纤组件，另一组光纤组件为空气腔光纤组件，每组光纤组件包括单模光纤、毛细玻璃管、外玻璃管；
[0017]所述毛细玻璃管密封设置在所述外玻璃管的一端口，所述单模光纤穿过毛细玻璃管进入外玻璃管中；所述单模光纤位于外玻璃管外侧的一端连接所述光纤检测系统；
[0018]两个光纤组件的外玻璃管未设置毛细玻璃管的一端通过复合型MEMS薄膜对接密封连接；
[0019]在为液体腔光纤组件的外玻璃管上设置有进水口和出水口；
[0020]所述液体腔光纤组件通过对应的单模光纤、毛细玻璃管、外玻璃管、进水口和出水口形成液体法布里
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珀罗干涉腔；所述空气腔光纤组件通过对应的单模光纤、毛细玻璃管、外玻璃管形成空气法布里
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珀罗干涉腔；
[0021]所述环形器和光谱分析仪分别设置2N组，每两个环形器分别对应与一个光纤微光液体传感器的两个单模光纤连接；
[0022]所述光谱分析仪分别对应连接一个环形器；
[0023]两组对应的环形器分别连接一个3dB耦合器后，通过3dB耦合器与所述扫频激光器连接。
[0024]为了更好地实现本技术，进一步地，所述复合型MEMS薄膜分为三层，分别为第一高折射率镀膜、氮化硅层、第二高折射率镀膜；
[0025]所述第一高折射率镀膜与为液体腔光纤组件的外玻璃管的管口密封连接；所述第二高折射率镀膜与为空气腔光纤组件的外玻璃管的管口密封连接。
[0026]为了更好地实现本技术，进一步地，所述第一高折射率镀膜和第二高折射率镀膜的厚度为四分之一入射光波长的奇数倍。
[0027]为了更好地实现本技术，进一步地，所述单模光纤、毛细玻璃管、外玻璃管、复合型MEMS薄膜之间中心对齐。
[0028]为了更好地实现本技术，进一步地，N＝3，即所述光纤微光液体传感器设置三组，分别以X、Y、Z三个方向为轴向安装在所述液体容器中。
[0029]为了更好地实现本技术，进一步地，三组所述光纤微光液体传感器的物体中心位于液体容器中的同一平面上。
[0030]本技术与现有技术相比具有以下优点及有益效果：
[0031]1)静态测量时，仅需将该共膜结构的光纤微光机电系统液体传感器置于待测液体中，通过光谱仪测量两法布里
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珀罗干涉腔干涉光谱的平移情况，即可获得液体的参数。
[0032]2)对于空气腔而言，其光谱平移反应了液体压强的变换，用于获取液位信息；对于液体腔而言，其光谱平移是由液体压强、液体密度共同决定的，通过分析空气腔中的光谱变换即可分离出液体密度信息。
[0033]3)对于动态液体加速度的测量，在同一个平面上可以安装三组本传感器，分别以X、Y、Z三个方向为轴向安装。各个方向的传感器只对相应方向的加速度敏感，通过分析各传感单元液压的变化，即可获得液体的运动的情况。因此，本技术系统操作简单，传感单元小巧便于安装，可测量液体密度、液位、液体加速度等多项参数。
附图说明
[0034]图1是本技术提出的一种共膜结构的光纤微光机电系统液体传感器示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于共模结构的光纤微光液体传感器，安装在液体容器中，与激光发射及检测系统连接，用于对液体容器中的液体进行测量，其特征在于，包括两个光纤组件和复合型MEMS薄膜（6），其中一组光纤组件为液体腔光纤组件，另一组光纤组件为空气腔光纤组件，每组光纤组件包括单模光纤（1）、毛细玻璃管（2）、外玻璃管（3）；所述毛细玻璃管（2）密封设置在所述外玻璃管（3）的一端口，所述单模光纤（1）穿过毛细玻璃管（2）进入外玻璃管（3）中；所述单模光纤（1）位于外玻璃管（3）外侧的一端连接所述激光发射及检测系统；两个光纤组件的外玻璃管（3）未设置毛细玻璃管（2）的一端通过复合型MEMS薄膜（6）对接密封连接；在为液体腔光纤组件的外玻璃管（3）上设置有进水口（4）和出水口（5）；所述液体腔光纤组件通过对应的单模光纤（1）、毛细玻璃管（2）、外玻璃管（3）、进水口（4）和出水口（5）形成液体法布里
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珀罗干涉腔；所述空气腔光纤组件通过对应的单模光纤（1）、毛细玻璃管（2）、外玻璃管（3）形成空气法布里
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珀罗干涉腔。2.如权利要求1所述的一种基于共模结构的光纤微光液体传感器，其特征在于，所述复合型MEMS薄膜（6）分为三层，分别为第一高折射率镀膜（6
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1）、氮化硅层（6
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2）、第二高折射率镀膜（6
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3）；所述第一高折射率镀膜（6
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1）与为液体腔光纤组件的外玻璃管（3）的管口密封连接；所述第二高折射率镀膜（6
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3）与为空气腔光纤组件的外玻璃管（3）的管口密封连接。3.如权利要求2所述的一种基于共模结构的光纤微光液体传感器，其特征在于，所述第一高折射率镀膜（6
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1）和第二高折射率镀膜（6
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3）的厚度为四分之一入射光波长的奇数倍。4.如权利要求1或2或3所述的一种基于共模结构的光纤微光液体传感器，其特征在于，所述单模光纤（1）、毛细玻璃管（2）、外玻璃管（3）、复合型MEMS薄膜（6）之间中心对齐。5.一种基于共模结构的光纤微光液体传感器检测系统，安装在液体容器中，用于对液体容器中的液体进行测量，其特征在于，包括扫频激光器（8）、3dB耦合器（9）、环形器（10）、光谱分析仪（11）、光纤微光液体传感器（7）；所述光纤微光液体传感器（7）设置N组，N≥1；每组光纤微光液体传感器（7）包括包括两个光纤组件和复合型MEMS薄膜（6），其中一组光纤组件为液体腔光纤组件，另一组光纤组件为空气腔光纤组件，每组光纤组件包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：王美玲，黄攀，徐伟，
申请(专利权)人：四川泛华航空仪表电器有限公司，
类型：新型
国别省市：