一种基于毛细管微泡光纤FP腔的压力检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于毛细管微泡光纤FP腔的压力检测系统包括：气动探针，所述气动探针连接光环形器，所述光环形器分别连接宽带光源和信号处理器；其中，所述气动探针包括探针头部，在所述探针头部内形成多个微孔，在每个微孔内封装毛细管微泡光纤FP腔结构；所述毛细管微泡光纤FP腔结构包括封装腔体，所述封装腔体内封装毛细管微泡和单模光纤，所述单模光纤的纤芯对准所述毛细管微泡，形成FP腔。本发明专利技术利用光纤传感器既能感知又能传输信号的特点解决传统气动探针导压管导引气流的问题，可实现探针头部直接检测。现探针头部直接检测。现探针头部直接检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于毛细管微泡光纤FP腔的压力检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，特别是涉及一种基于毛细管微泡光纤FP腔的压力检测系统及方法。

技术介绍

[0002]气动探针是一种测量气流方向、速度的装置，常用的气动探针有三孔探针、五孔探针、七孔探针等，探针头部有若干压力孔，通过各压力变化推算气流的方向和速度。气动探针是皮托静压管的一种拓展形式，探头前端除有总压孔外，四周还布置若干测压孔，一般有束状和球头状。气动探针技术最初用于风洞流场校测，其角度精度高，响应速度快。气动探针的优点如下：(1)无机械活动部件，对气流偏角的响应速度快；(2)角度测量精度高；(3)结构紧凑，体积小；(3)可同时测量动压、静压、温度、密度等大气数据。气动探针用于飞行测控时，可以快速响应气流偏角的变化。对于一些控制精度要求较高的场合，如静不稳定飞行器的控制，气动探针是理想的迎角/侧滑角传感器。目前常用的一些压力传感器都是基于电学器件的，它存在很多内在的问题没有解决，例如较大的温度依赖性，易受电磁干扰，体积大，以及机械性能、温度持久性、精度、可靠性、长期稳定性和重复性不甚理想。而且不同材料间的热膨胀系数失配会导致温度敏感、影响了测量准确度。
[0003]其中具有代表性的就是MEMS压力传感器(ZL 201710494310.7)该类传感器结构简单、成本低廉，无法在复杂电磁场环境下正常工作。皮托管(ZL201811343839X)是气流压力监测领域中使用最为广泛的一项现有技术，现有的皮托管探针本体与传感器分离，需要用引压管，而它常用的动态压力传感器有应变式、电感式、电容式、压电式及半导体压阻式等，这些电学类传感器易受电磁干扰，对恶劣环境适应性差。现有的气动探针中用于压力采集的器件比如Honeywell公司的HSC系列压力传感器属于硅压阻压力传感器，也是利用引压管导引气流到采集板卡后端出传感器探头才能获得压力值。
[0004]随着光纤传感技术和光信号处理技术的发展，光纤传感器以其质轻、纤细、防腐蚀、抗电磁干扰、可链路多点环绕复用、集测点与传输纤一体等特点备受气流传感监测领域的研究人员青睐。在众多光纤传感器结构中，光纤法珀腔(FP)压力传感器更是由于其结构简单，线性度好等优良特性，受到各领域的广泛关注。光纤FP压力传感器依据的是光学FP干涉原理，其核心结构是在光纤上引入光学谐振腔，它是由两个反射系数不同且具有一定间距的反射面组成的；当被传感量气流施加到FP腔端面的压力引起光学谐振腔的变化，反射系数和间距随之改变，即会引起干涉结果发生改变，实现对被传感量气流压力的探测，进而可获得流速及俯仰角等其他参数。光纤FP传感器具有响应速度快，测量精度高，动态范围大等优势。光纤FP传感器主要有两类结构，一是在光纤上引入光学谐振腔，一是在光纤端面引入探头式光学谐振腔；相对于第一种结构，探头式结构体积小，操作灵活，便于移动，可制成嵌入式灵巧结构型光纤传感器；然而光纤端面尺寸小，在光纤端面制作微结构工艺较为复杂，增大了传感器的制作难度。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中气动探针导压管导引气流的技术问题，本专利技术的一个目的在于提供一种基于毛细管微泡光纤FP腔的压力检测系统，所述压力检测系统包括：
[0006]气动探针，所述气动探针连接光环形器，所述光环形器分别连接宽带光源和信号处理器；
[0007]其中，所述气动探针包括探针头部，在所述探针头部内形成多个微孔，在每个微孔内封装毛细管微泡光纤FP腔结构；
[0008]所述毛细管微泡光纤FP腔结构包括封装腔体，所述封装腔体内封装毛细管微泡和单模光纤，所述单模光纤的纤芯对准所述毛细管微泡，形成FP腔。
[0009]在一个优选的实施例中，所述毛细管微泡光纤FP腔结构通过第一封装粘接剂，固定在所述探针头部内形成多个微孔内。
[0010]在一个优选的实施例中，所述探针头部内形成3个或者5个或者7个微孔，所述探针头部的端面具有倒角。
[0011]在一个优选的实施例中，所述探针头部内形成的微孔的直径为600～1500μm。
[0012]在一个优选的实施例中，所述第一封装粘接剂选用环氧胶、玻璃焊锡或金属焊锡中的一种。
[0013]在一个优选的实施例中，所述毛细管微泡和所述单模光纤通过第二封装粘接剂，固定在所述封装腔体内。
[0014]在一个优选的实施例中，所述封装腔体选用毛细玻璃管、不锈钢管、陶瓷管中的一种。
[0015]在一个优选的实施例中，所述封装腔体形状为圆柱形，内径400～800μm，外径500～1000μm，长度5～10mm。
[0016]在一个优选的实施例中，所述第二封装粘接剂选用环氧胶、玻璃焊锡或金属焊锡中的一种。
[0017]本专利技术的另一个目的在于提供一种基于毛细管微泡光纤FP腔的压力检测方法，所述方法包括：
[0018]采集气动探针的各个微孔内的毛细管微泡光纤FP腔结构的FP干涉谱，
[0019]将采集的各个微孔内的毛细管微泡光纤FP腔结构的FP干涉谱转换为压力值，
[0020]通过流速和角度理论，计算得到气流流速、侧滑角和俯仰角。
[0021]本专利技术提供的一种基于毛细管微泡光纤FP腔的压力检测系统及方法，克服现有光纤FP传感器结构复杂、制作工艺复杂、制作难度极高且成本高昂的缺陷，利用光纤传感器既能感知又能传输信号的特点解决传统气动探针导压管导引气流的问题，可实现探针头部直接检测。
[0022]本专利技术提供的一种基于毛细管微泡光纤FP腔的压力检测系统及方法，利用CO2激光器在玻璃毛细管端面熔融加工毛细管微泡，融制过程气泵加压辅助，毛细管微泡内壁感应外界气流压力，毛细管微泡和单模光纤形成的毛细管微泡光纤FP腔结构固定在三孔/五孔/七孔气动探针的探针头部的微孔内，传感器结构简单，大大降低了光纤断面微结构制备的难度，并且体积小、成本低，操作灵活。
[0023]本专利技术提供的一种基于毛细管微泡光纤FP腔的压力检测系统及方法，利用CO2激
光熔制毛细管微泡，替代了传统光纤FP压力传感器的薄膜结构，毛细管微泡与单模光纤组成FP腔，由于光纤本身的尺寸小，用毛细管制作的毛细管微泡的尺寸也足够小，有利于集成，本专利技术工艺简单可控，操作方便，大大降低了气动探针的制作工艺；传感元件为探头式的，可弯曲缠绕，操控更加灵活，气动探针可被操控在任意位置进行传感，可实现对气流压力进行定点测量。
[0024]本专利技术提供的一种基于毛细管微泡光纤FP腔的压力检测系统及方法，毛细管微泡光纤FP腔结构安装在气动探针的各个微孔内，直接感应气流压力，利用光纤本身传输光信号，不需要传统气动探针的导引管将气流导引到后端电路的电学压力芯片，可直接检测，减少误差。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于毛细管微泡光纤FP腔的压力检测系统，其特征在于，所述压力检测系统包括：气动探针，所述气动探针连接光环形器，所述光环形器分别连接宽带光源和信号处理器；其中，所述气动探针包括探针头部，在所述探针头部内形成多个微孔，在每个微孔内封装毛细管微泡光纤FP腔结构；所述毛细管微泡光纤FP腔结构包括封装腔体，所述封装腔体内封装毛细管微泡和单模光纤，所述单模光纤的纤芯对准所述毛细管微泡，形成FP腔。2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述毛细管微泡光纤FP腔结构通过第一封装粘接剂，固定在所述探针头部内形成多个微孔内。3.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述探针头部内形成3个或者5个或者7个微孔，所述探针头部的端面具有倒角。4.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于，所述探针头部内形成的微孔的直径为600～1500μm。5.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红，祝连庆，董明利，张旭，夏嘉斌，鹿利单，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：