一种F-P腔干涉式密度传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于密度传感技术领域，涉及一种F

【技术实现步骤摘要】
一种F
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P腔干涉式密度传感装置

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[0001]本专利技术属于密度传感
，具体涉及一种F
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P腔干涉式密度传感装置，基于激光频率跟踪锁定技术，以F
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P腔(法布里
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珀罗谐振腔)为测量单元对密度进行传感测量。

技术介绍
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[0002]液体的密度测量方式包括实验室测量和在线测量。市售的密度计主要采用静力称量法和振动管测量法：静力称量法是利用阿基米德原理通过天平测量浸没在标准液体中的物体所受的浮力的大小，从而求得流体密度的测量方法，在实验室条件下应用最广泛，静力称重测量系统的装置复杂，测量时需要获取大量的样本，无法实现在线测量；振动管测量法是利用物体振动与其密度的关系来测量流体密度的测量方法，用于实验室测量和在线测量，采用在线测量时虽然无需采样系统，但是，在海洋测量环境和地质测量环境中易受电磁信号的干扰，导致测量结果不准确。
[0003]近年来，人们提出了基于光学方法在线测量海水密度的技术方案：2012年，法国的Marc Le Menn等人基于光学折射原理设计的海水密度计，利用液体的折射率与密度之间的洛伦兹关系，通过测量光线的折射角度变换，计算液体的密度，是最早用光学方法实现测量液体密度的技术方案，但是，在高压环境中，折射式密度计的稳定性欠佳；2019年，日本国家计量院的Hiroshi Uchida等人提出了基于光谱干涉法的超高分辨率海水密度传感器，密度的测量分辨率和量程取决于核心部件—激光移位计，为实现高分辨率的测量，激光移位计需要具有极高的灵敏度。
[0004]上述密度测量方法，不能在高压和在线的条件下，满足高灵敏度、精确测量液体密度的要求。
[0005]PDH(准同步数字系列)激光锁频技术能够应用于超高灵敏度的传感测量场景，测量时，首先，将F
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P腔锁定在一个稳定的频率参考源上，实现F
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P腔的稳定；然后，将需要稳频的激光锁定在该F
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P腔上，从而实现将参考频率源的稳定度传递到激光频率稳定度的目的。由于采用了PDH激光锁频技术，其响应时间比采用扫描传递腔方式的稳频系统的响应时间更快，能够测量、抑制快于F
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P腔响应时间的频率波动。
[0006]F
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P腔干涉传感技术作为采用光波作为信息载体的传感技术，具有高灵敏度、高准确度等优势，同时，以微晶玻璃材料制成的F
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P腔镜，由于微晶玻璃具有较低的热膨胀系数，在高压下不易发生形变，具有优异的机械性能，结构稳定，使得F
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P腔传感技术广泛应用于多种高灵敏度和高压的检测环境中。例如，中国专利202110420173.9公开的一种人体有创压力温度多参量实时光纤检测系统，包括：微泡光纤F
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P压力传感器，用于检测人体血液或颅内的压力；解调仪，与所述微泡光纤F
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P压力传感器连接，用于接收微泡光纤F
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P压力传感器输出的光信号，并对其进行解调转化为电信号；上位机，与所述解调仪连接，用于接收解调仪输出的电信号，显示人体血液或颅内的压力情况；其中，微泡光纤F
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P压力传感器包括相互连接的单模光纤和多模光纤，所述单模光纤通过光纤跳线与所述解调仪连接，且设置有光纤光栅FBG；所述多模光纤一端与单模光纤连接，另一端设置有微泡F
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P腔；由单模光纤
和多模光纤构成的光纤结构固定于内管中；内管固定于外管中；当所述微泡光纤F
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P压力传感器置于人体内时，因受到压力影响，微泡F
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P腔的腔长发生变化，微泡光纤F
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P压力传感器外部压力与微泡F
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P腔的腔长关系式中，ΔP为微泡光纤F
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P压力传感器外部所受压力与微泡F
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P腔内部压力的压力差，ΔL为微泡F
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P腔的腔长变化量，R为微泡F
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P腔内径，t为微泡F
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P腔壁厚，θ为外界压力方向与微泡F
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P腔横截面所夹锐角，E为多模光纤的杨氏模量，v为多模光纤的泊松比；中国专利202110187634.2公开的一种液体折射率原位传感器，包括：设有V型槽棱镜，所述V型槽用于容纳待测液体；激光器，其发射的激光信号通过V型槽内的待测液体发生折射；FP腔，用于接收V型槽内的待测液体折射后的激光信号；光强检测装置，用于测量由FP腔出射的激光信号的光强度，并发送给控制器；控制器，用于根据光强度计算待测液体的折射率；其中，待测液体折射率的变化会导致从V型槽入射到F
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P腔的激光信号入射角发生变化，从而导致F
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P腔出射的激光信号的光强度发生改变。
[0007]因此，研发设计一种基于激光锁频技术的F
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P腔干涉式密度传感装置，对于强电磁干扰和深海高压条件下的测量具有重要意义。

技术实现思路
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[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种成本低、测量灵敏、精度和信噪比较高的F
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P腔干涉式密度传感装置，以实现海水密度的精确测量。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术涉及的一种F
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P腔干涉式密度传感装置的主体结构包括分别与激光器、F
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P腔传感探头和光电探测器连接的环形器，光电探测器通过电子控制模块与激光控制器的输入端连接，激光控制器的两个输出端与激光器和数据采集卡连接。
[0010]本专利技术涉及的激光器是中心波长为633nm的超窄线宽可调激光器；环形器能够控制光信号沿环形方向传输，其具有三个端口，从第一端口输入的光信号仅在第二端口输出，从第二端口输入的光信号仅在第三端口输出；F
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P腔传感探头采用F
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P腔(Fabry
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PerotCavity)，由前反射镜和后反射镜以及位于两个反射镜之间的待测液体样本组成；光电探测器能够探测光信号的强度；电子控制模块由乘法器、低通滤波器、PID控制器、加法器和信号发生器组成，能够对信号的调制、解调、混频、鉴相和自动增益进行控制；激光控制器输出的电压信号能够控制激光器1输出不同波长的光信号；数据采集卡能够记录电压信号。
[0011]本专利技术涉及的一种F
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P腔干涉式密度传感装置使用时，光从激光器进入环形器后输出到F
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P腔传感探头，被反射后返回环形器后被光电探测器接收，光电探测器将光信号转换为电信号，传输到电子控制模块被处理成合成信号输入到激光控制器后分两路输出：一路输入激光器进行反馈控制，实现激光频率锁定；另一路由数据采集卡记录输出，得到密度
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电压关系曲线，据此得到密度。
[0012]本专利技术与现有技术相比，主体结构包括激光器、环形器、F
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P腔传感探头、光探测器、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种F
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P腔干涉式密度传感装置，主体结构包括分别与激光器、F
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P腔传感探头和光电探测器连接的环形器，其特征在于，光电探测器通过电子控制模块与激光控制器的输入端连接，激光控制器的两个输出端与激光器和数据采集卡连接。2.根据权利要求1所述的一种F
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P腔干涉式密度传感装置，其特征在于，激光器是中心波长为633nm的超窄线宽可调激光器。3.根据权利要求1所述的一种F
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P腔干涉式密度传感装置，其特征在于，环形器能够控制光信号沿环形方向传输，其具有三个端口，从第一端口输入的光信号仅在第二端口输出，从第二端口输入的光信号仅在第三端口输出。4.根据权利要求1所述的一种F
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P腔干涉式密度传感装置，其特征在于，F
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P腔传感探头采用F
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P腔，由前反射镜31和后反射镜以及位于两个反射镜之间的待测液体样本组成。5.根据权利要求1所述的一种F
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P腔干涉式密度传感装置，其特征在于，光电探测器探测光信号的强度。6.根据权利要求1所述的一种F
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P腔干涉式密度传感装置，其特征在于，电子控制模块由乘法器、低通滤波器、PID控制器、加法器和信号发...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锜，白小雪，姬兰婷，杨淑清，孙清泉，赵珊珊，杨博，高莉媛，
申请(专利权)人：德州尧鼎光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：