專(zhuān)利名稱(chēng)：全光纖溫度自補(bǔ)償微型f-p加速度傳感器及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器及其制作方法，尤其涉及一種全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度 傳感器及制作方法。
背景技術(shù)：
加速度是物理學(xué)和工程領(lǐng)域非常重要的參數(shù)之一。加速度的測(cè)量在許多領(lǐng)域都有廣泛的 應(yīng)用，如在航空航天領(lǐng)域可用于導(dǎo)彈的制導(dǎo)、飛機(jī)的導(dǎo)航、人造衛(wèi)星的姿態(tài)控制和國(guó)際空間 站低頻加速度的測(cè)量等；在汽車(chē)工業(yè)，為了確定汽車(chē)本身的緩沖性能，主要用于懸浮系統(tǒng)， 預(yù)剎車(chē)/牽引系統(tǒng)，駕駛系統(tǒng)和安全系統(tǒng)；在電廠(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大型電器設(shè)備的遙測(cè)，如發(fā)動(dòng)機(jī)、 變壓器等內(nèi)部機(jī)組的測(cè)量等。因此加速度的測(cè)量具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，研究丌發(fā)新型實(shí) 用的加速度傳感器尤為重要。
基于MEMS工藝的壓阻式或電容式傳感器具有體積小，易于集成和處理速度快等優(yōu)點(diǎn)， 但這種傳感器卻不能應(yīng)用于溫度大于200度的環(huán)境，也不能應(yīng)用于具有電磁干擾等惡劣環(huán)境 的加速度測(cè)量；基于簡(jiǎn)諧振動(dòng)的機(jī)械式加速度計(jì)存在靈敏度低、體積龐大等缺點(diǎn)；上面兩類(lèi) 傳感器中環(huán)境溫度的變化都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生干擾，因此使用這類(lèi)加速度傳感器還必須附帶 溫度校正裝置，從而增加了測(cè)量的不準(zhǔn)確度。光纖傳感器以其防爆、抗電磁干擾、抗腐蝕、 耐高溫、結(jié)構(gòu)小巧等優(yōu)點(diǎn)而閂益受到人們的重視。由于目前許多領(lǐng)域都要求實(shí)時(shí)、實(shí)地、多 參量測(cè)量，特別是現(xiàn)在對(duì)于具有溫度自補(bǔ)償能力、且耐高溫的加速度傳感器需求強(qiáng)烈。
在光纖傳感技術(shù)的大家庭中，光纖法布里-珀羅(F-P)干涉?zhèn)鞲衅魇悄壳皻v史最長(zhǎng)、技 術(shù)最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種光纖傳感器之一，已經(jīng)被成功用于測(cè)量溫度、應(yīng)變、壓力、 位移、超聲波、折射率等參數(shù)，商用化程度很高。

發(fā)明內(nèi)容
基于以上的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器，它包括 兩根普通單模光纖、兩根空芯光纖、 一根實(shí)芯光子晶體光纖，在實(shí)芯光子晶體光纖兩端分別 熔接空芯光纖，將兩根普通單模光纖端頭的一小段分別插入兩根空芯光纖的空芯孔內(nèi)并焊接 固定；其中，實(shí)芯光子晶體光纖上有軸向貫穿實(shí)芯光子晶體光纖的扇形通孔，扇形通孔與實(shí) 芯光子晶體光纖橫切面同圓心；扇形通孔的分隔部分形成振動(dòng)臂；所有扇形通孔和振動(dòng)臂一 起組成圓環(huán)形狀，圓環(huán)所圍的部分形成振動(dòng)塊。
所述的振動(dòng)臂的數(shù)量為2個(gè)或2個(gè)以上，且在不同數(shù)量的振動(dòng)臂情況下，各個(gè)振動(dòng)臂之 間都按圓心角對(duì)稱(chēng)；振動(dòng)臂的弧所對(duì)應(yīng)的圓心角范圍為5° 15 °。
所述的扇形通孔的內(nèi)徑為20 30微米，外徑為50~60微米；空芯光纖的內(nèi)徑為140-160
5微米，外徑大于250微米；實(shí)芯光子晶體光纖的外徑與空芯光纖的外徑相同；普通單模光纖 的直徑與空芯光纖的內(nèi)徑緊密配合；實(shí)芯光子晶體光纖的長(zhǎng)度為500微米~2毫米。
振動(dòng)塊位于實(shí)芯光子晶體光纖的軸向中部，振動(dòng)臂的厚度小于振動(dòng)塊的厚度，厚度差為 0~40微米；實(shí)芯光子晶體光纖的厚度大于振動(dòng)塊的厚度，厚度差為40-60微米。
所述的空芯光纖采用空芯光子晶體光纖時(shí)，則空芯光纖長(zhǎng)度為10微米 10厘米；空芯光 纖采用空芯玻璃光纖時(shí)，則空芯光纖長(zhǎng)度為10~800微米。
所述的振動(dòng)塊兩端面都鍍有銀膜，厚度為5-10微米。
兩根普通單模光纖和兩根空芯光纖的焊接處的普通單模光纖端面分別形成兩個(gè)反射面， 振動(dòng)塊的兩個(gè)端面到各自那側(cè)的反射面的距離相同。
前述的全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器的制作方法，如下
該方法的工藝歩驟包括
1) 利用微動(dòng)臺(tái)將第一根普通單模光纖端頭的一小段插入第一根空芯光纖的空芯孔內(nèi)，采
用C02激光焊接方法將第一根普通單模光纖和第一根空芯光纖的插接處焊接固定；
2) 根據(jù)需要的F-P干涉腔長(zhǎng)度，切割第一根空芯光纖；
3) 在實(shí)芯光子晶體光纖一端的端面鍍上銀膜，采用飛秒激光或157nm激光微加工法， 在實(shí)芯光子晶體光纖的鍍膜端，加工出與實(shí)芯光子晶體光纖橫切面同圓心的若干個(gè)扇形通孔； 加工振動(dòng)臂、振動(dòng)塊的厚度；采用手動(dòng)熔接的方法將實(shí)芯光子晶體光纖鍍膜端與第一根空芯 光纖的切割端熔接；
4) 根據(jù)需要的長(zhǎng)度，切割實(shí)芯光子晶體光纖；
5) 采用研磨盤(pán)將實(shí)芯光子晶體光纖精確研磨到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度；
6) 再采用飛秒激光或157nm激光微加工法，在實(shí)芯光子晶體光纖的研磨端，加工振動(dòng)臂、 振動(dòng)塊的厚度，使振動(dòng)塊位于實(shí)芯光子晶體光纖的軸向中部；
7) 在振動(dòng)塊的裸露端鍍上銀膜；
8) 采用手動(dòng)熔接的方法，將第二根空芯光纖的一端與實(shí)芯光子晶體光纖的研磨端熔接；
9) 在顯微鏡下手動(dòng)切割第二根空芯光纖的長(zhǎng)度；
10) 利用微動(dòng)臺(tái)將第二根普通單模光纖端頭的一小段插入第二根空芯光纖的空芯孔內(nèi)， 采用C02激光焊接方法將第二根普通單模光纖和第二根空芯光纖的插接處焊接固定。
上述工藝步驟中，各個(gè)器件的工藝參數(shù)為空芯光纖采用空芯光子晶體光纖時(shí)長(zhǎng)度為10 微米 10厘米，空芯光纖采用空芯玻璃光纖時(shí)長(zhǎng)度為10微米 800微米；實(shí)芯光子晶體光纖的
長(zhǎng)度為500微米 2毫米；振動(dòng)臂的數(shù)量為2個(gè)或2個(gè)以上，且在不同數(shù)量的振動(dòng)臂情況下， 各個(gè)振動(dòng)臂之間都按圓心角對(duì)稱(chēng)；振動(dòng)臂的弧所對(duì)應(yīng)的圓心角為5° 15 °;扇形通孔的內(nèi)徑 為20 30微米，外徑為50 60微米；振動(dòng)臂的厚度小于振動(dòng)塊的厚度，厚度差為0 40微米；
實(shí)芯光子晶體光纖的厚度大于振動(dòng)塊的厚度，厚度差為40-60微米。本發(fā)明還公開(kāi)了一種采用全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器的測(cè)量裝置，它包括 激光光源、調(diào)制器、三個(gè)耦合器、兩個(gè)隔離器、兩個(gè)光電探測(cè)器、信號(hào)采集電路、計(jì)算機(jī)和 全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器；其中，激光光源、調(diào)制器順次光路連接到第一個(gè) 耦合器的一端，第一個(gè)耦合器的另一端分別與兩個(gè)隔離器的輸入端光路連接；其中一個(gè)隔離 器的輸出端、全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器的一端、其中一個(gè)光電探測(cè)器輸入端， 三者通過(guò)第二個(gè)耦合器光路連接；另一個(gè)隔離器的輸出端、全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速 度傳感器的另一端、另一個(gè)光電探測(cè)器輸入端，三者通過(guò)第三個(gè)耦合器光路連接；兩個(gè)光電 探測(cè)器的輸出端都與信號(hào)采集電路通信連接，信號(hào)采集電路與計(jì)算機(jī)通信連接。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果是使加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)了微型化和溫度自補(bǔ)償，并且該加速度計(jì)制 作簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、耐高溫，特別是可應(yīng)用于惡劣環(huán)境如水下、高電磁場(chǎng)環(huán)境、 高污染環(huán)境、溫度變化大的各種狀況下的加速度、和振動(dòng)量的測(cè)量。


附圖1為全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖； 附圖2為振動(dòng)臂數(shù)量為2時(shí)的實(shí)芯光子晶體光纖的端面結(jié)構(gòu)圖； 附圖3為振動(dòng)臂數(shù)量為3時(shí)的實(shí)芯光子晶體光纖的端面結(jié)構(gòu)圖； 附圖4為振動(dòng)臂數(shù)量為4時(shí)的實(shí)芯光子晶體光纖的端面結(jié)構(gòu)圖； 附圖5為采用本發(fā)明的傳感器的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)圖中普通單模光纖l、空芯光纖2、實(shí)芯光子晶體光纖3、振動(dòng)臂3-l、振動(dòng)塊3-2、扇 形通孔3-3、激光光源4、調(diào)制器5、耦合器6、隔離器7、光電探測(cè)器8、信號(hào)采集器9、計(jì) 算機(jī)IO、全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器ll、上干涉腔ll-1、下干涉腔ll-2。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)附圖l，如圖所示，本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)包括兩根普通單模光纖l、兩根空芯光纖 2、 一根實(shí)芯光子晶體光纖3，在實(shí)芯光子晶體光纖3兩端分別熔接空芯光纖2，將兩根普通 單模光纖l端頭的一小段分別插入兩根空芯光纖2的空芯孔內(nèi)并焊接固定；其中，實(shí)芯光子 晶體光纖3上有軸向貫穿實(shí)芯光子晶體光纖3的扇形通孔3-3，扇形通孔3-3與實(shí)芯光子晶體 光纖3橫切面同圓心；扇形通孔3-3的分隔部分形成振動(dòng)臂3-l;所有扇形通孔3-3和振動(dòng)臂 3-1 —起組成圓環(huán)形狀，圓環(huán)所圍的部分形成振動(dòng)塊3-2。
實(shí)芯光子晶體光纖3與兩個(gè)空芯光纖2的熔接處形成兩個(gè)反射面，兩個(gè)空芯光纖2與兩 個(gè)普通單模光纖1的焊接處的兩個(gè)普通單模光纖1端面也形成兩個(gè)反射面，為了避免兩個(gè)干 涉腔的干涉信號(hào)之間相互影響，實(shí)芯光子晶體光纖3兩端(即振動(dòng)塊3-2兩端)的反射面鍍 有高反射銀金屬膜，其厚度達(dá)到5-10微米；兩根普通單模光纖1和兩根空芯光纖2的焊接處 的普通單模光纖1端面分別形成兩個(gè)反射面，振動(dòng)塊3-2的兩個(gè)端面到各自那側(cè)的反射面的 距離相同(也即兩個(gè)干涉腔的腔長(zhǎng)相同)。構(gòu)成F-P干涉腔的空芯光纖2的材料，可以選擇空芯光子晶體光纖，也可以選擇空芯玻 璃光纖。
在F-P干涉腔所選材料的問(wèn)題上主要有以下考慮
1) 當(dāng)測(cè)量環(huán)境對(duì)傳感器的溫度影響較小時(shí)，采用空芯玻璃光纖作為F-P干涉腔，此時(shí) F-P千涉腔長(zhǎng)度范圍在10微米 800微米之間；
2) 當(dāng)測(cè)量環(huán)境對(duì)傳感器的溫度影響較大時(shí)，采用空芯光子晶體光纖作為F-P干涉腔，此 時(shí)F-P干涉腔長(zhǎng)度范圍在10微米 10厘米之間，并且可為無(wú)限單模光子晶體光纖，即EPCF。
根據(jù)測(cè)量對(duì)象的加速度范圍和所要求的靈敏度大小，設(shè)計(jì)實(shí)芯光子品體光纖3、振動(dòng)臂 3-1和振動(dòng)塊3-2的參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)的尺寸，利用飛秒激光或157nm激光等微加工方法將實(shí) 芯光子品體光纖3的端面進(jìn)行微加工，使得傳感器各部分尺寸滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求
實(shí)芯光子晶體光纖3的長(zhǎng)度范圍為500微米 2毫米；
振動(dòng)塊3-2位于實(shí)芯光子晶體光纖3的軸向中部，振動(dòng)臂3-1的厚度小于振動(dòng)塊3-2的厚 度，厚度差為0~40微米(振動(dòng)臂3-1處于振動(dòng)塊3-2的軸向中部)；實(shí)芯光子晶體光纖3的 厚度大于振動(dòng)塊3-2的厚度，厚度差為40-60微米。
振動(dòng)臂3-l的弧所對(duì)應(yīng)的圓心角范圍為5。 15 °;
扇形通孔3-3的內(nèi)徑為20 30微米，外徑為50 60微米；扇形通孔3-3的深度為通孔； 根據(jù)不同的使用環(huán)境、靈敏度要求、測(cè)量范圍，振動(dòng)臂3-l的數(shù)量可為2個(gè)或2個(gè)以上， 參見(jiàn)附圖2、 3、 4，圖中所示為振動(dòng)臂3-l分別為2、 3、 4個(gè)時(shí)，實(shí)芯光子晶體光纖3的端面 結(jié)構(gòu)；且在不同數(shù)量的振動(dòng)臂3-l情況下，各個(gè)振動(dòng)臂3-l之間都按圓心角對(duì)稱(chēng)分布。 全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器11的制作方法如下
1 )利用微動(dòng)臺(tái)將第一根普通單模光纖1端頭的一小段插入第一根空芯光纖2的空芯孔內(nèi)， 采用C02激光焊接方法將第一根普通單模光纖1和第一根空芯光纖2的插接處焊接固定；
2) 根據(jù)需要的F-P干涉腔長(zhǎng)度，切割第一根空芯光纖2;
3) 在實(shí)芯光子晶體光纖3—端的端面鍍上銀膜，采用飛秒激光或157nm激光微加工法， 在實(shí)芯光子晶體光纖3的鍍膜端，加工出與實(shí)芯光子晶體光纖3橫切面同圓心的若干個(gè)扇形 通孔3-3;加工振動(dòng)臂3-l、振動(dòng)塊3-2的厚度；采用手動(dòng)熔接的方法將實(shí)芯光子晶體光纖3 鍍膜端與第一根空芯光纖2的切割端熔接；
4) 根據(jù)需要的長(zhǎng)度，切割實(shí)芯光子晶體光纖3;
5) 采用研磨盤(pán)將實(shí)芯光子晶體光纖3精確研磨到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度；
6) 再采用飛秒激光或157nm激光微加工法，在實(shí)芯光子品體光纖3的研磨端，加工振動(dòng) 臂3-l、振動(dòng)塊3-2的厚度，使振動(dòng)塊3-2位于實(shí)芯光子晶體光纖3的軸向中部；
7) 在振動(dòng)塊3-2的裸露端鍍上銀膜；
8) 采用手動(dòng)熔接的方法，將第二根空芯光纖2的一端與實(shí)芯光子晶體光纖3的研磨端熔接；
9) 在顯微鏡下手動(dòng)切割第二根空芯光纖2的長(zhǎng)度；
10) 利用微動(dòng)臺(tái)將第二根普通單模光纖1端頭的一小段插入第二根空芯光纖2的空芯孔 內(nèi)，采用C02激光焊接方法將第二根普通單模光纖1和第二根空芯光纖2的插接處焊接固定。
上述工藝歩驟中各個(gè)器件的參數(shù)為空芯光纖2采用空芯光子晶體光纖時(shí)長(zhǎng)度為10微米 ~10厘米，空芯光纖2采用空芯玻璃光纖時(shí)長(zhǎng)度為10微米 800微米；實(shí)芯光子晶體光纖3 的長(zhǎng)度為500微米 2毫米；振動(dòng)臂3-1的數(shù)量為2個(gè)或2個(gè)以上，且在不同數(shù)量的振動(dòng)臂3-1 情況下，各個(gè)振動(dòng)臂3-l之間都按圓心角對(duì)稱(chēng)；振動(dòng)臂3-l的弧所對(duì)應(yīng)的圓心角為5° 15 、 扇形通孔3-3的內(nèi)徑為20 30微米，外徑為50 60微米；振動(dòng)臂3-1的厚度小于振動(dòng)塊3-2 的厚度，厚度差為0 40微米；實(shí)芯光子品體光纖3的厚度大于振動(dòng)塊3-2的厚度，厚度差為 40-60微米。
附圖5為采用本發(fā)明的傳感器的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)圖，它包括激光光源4、調(diào)制器5、三個(gè) 耦合器6、兩個(gè)隔離器7、兩個(gè)光電探測(cè)器8、信號(hào)采集電路9、計(jì)算機(jī)10和全光纖溫度自補(bǔ) 償微型F-P加速度傳感器11;其中，激光光源4、調(diào)制器5順次光路連接到第一個(gè)耦合器6 的 -端，第-個(gè)耦合器6的另一端分別與兩個(gè)隔離器7的輸入端光路連接；其中-個(gè)隔離器 7的輸出端、全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器ll的一端、其中一個(gè)光電探測(cè)器8輸 入端，三者通過(guò)第二個(gè)耦合器6光路連接；另一個(gè)隔離器7的輸出端、全光纖溫度自補(bǔ)償微 型F-P加速度傳感器ll的另一端、另一個(gè)光電探測(cè)器8輸入端，三者通過(guò)第三個(gè)耦合器6光 路連接；兩個(gè)光電探測(cè)器8的輸出端都與信號(hào)采集電路9通信連接，信號(hào)采集電路9與計(jì)算 機(jī)10通信連接。
將該加速度傳感器安置在需要測(cè)量加速度的部件上，伴隨部件的運(yùn)動(dòng)，傳感器的振動(dòng)塊 3-2會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，從而使得全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器11 (后文簡(jiǎn)稱(chēng)加速度傳 感器)的上干涉腔11-1和下干涉腔11-2的長(zhǎng)度都發(fā)生變化。這兩個(gè)干涉腔的長(zhǎng)度變化大小一 致，但變化方向相反，即一個(gè)干涉腔長(zhǎng)度增加多少，另外一個(gè)干涉腔的長(zhǎng)度就減少相同的量。 反映到相位上就是一個(gè)干涉腔相位增加多少，另外一個(gè)干涉腔的相位就減少相同的量。通過(guò) 兩個(gè)干涉腔相位變化的差就可以很容易實(shí)現(xiàn)高靈敏度的加速度檢測(cè)。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，加 速度傳感器的上下兩個(gè)干涉腔都會(huì)因?yàn)闇囟鹊淖兓沟酶缮媲煌瑫r(shí)增加或減小，由于兩個(gè)干 涉腔長(zhǎng)度相同，因此溫度變化對(duì)兩個(gè)干涉腔的相位差幾乎不產(chǎn)生影響，這在檢測(cè)加速度時(shí)就 有效的避免了溫度對(duì)傳感器的影響，從而實(shí)現(xiàn)了溫度的自補(bǔ)償。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，扇形通 孔3-3是縱向貫穿實(shí)芯光子晶體光纖3的，這就表明，兩個(gè)干涉腔是連通的，所以不會(huì)因?yàn)?氣壓壓力的變化帶來(lái)測(cè)量的不靈敏或不準(zhǔn)確。
該測(cè)量系統(tǒng)信號(hào)的流動(dòng)過(guò)程為激光光源4輸出某一個(gè)波長(zhǎng)的激光(一般為C波段激光， 1520nm 1570nm)，進(jìn)入調(diào)制器5，已調(diào)光通過(guò)第一個(gè)耦合器6分成兩束光后分別進(jìn)入隔離器7后，通過(guò)第二和第三個(gè)耦合器6分別從兩端進(jìn)入加速度傳感器，兩個(gè)干涉腔的干涉信號(hào)又 通過(guò)第二和第三個(gè)耦合器6分別送入光電探測(cè)器8，再經(jīng)過(guò)信號(hào)采集器9進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和比 較成熟的相位解調(diào)算法后就可以得到相應(yīng)運(yùn)動(dòng)部件的加速度值，最后傳入計(jì)算機(jī)10中。
權(quán)利要求
1、一種全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器，其特征在于它包括兩根普通單模光纖(1)、兩根空芯光纖(2)、一根實(shí)芯光子晶體光纖(3)，在實(shí)芯光子晶體光纖(3)兩端分別熔接空芯光纖(2)，將兩根普通單模光纖(1)端頭的一小段分別插入兩根空芯光纖(2)的空芯孔內(nèi)并焊接固定；其中，實(shí)芯光子晶體光纖(3)上有軸向貫穿實(shí)芯光子晶體光纖(3)的扇形通孔(3-3)，扇形通孔(3-3)與實(shí)芯光子晶體光纖(3)橫切面同圓心；扇形通孔(3-3)的分隔部分形成振動(dòng)臂(3-1)；所有扇形通孔(3-3)和振動(dòng)臂(3-1)一起組成圓環(huán)形狀，圓環(huán)所圍的部分形成振動(dòng)塊(3-2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器，其特征在于所述 的振動(dòng)臂(3-1)的數(shù)量為2個(gè)或2個(gè)以上，且在不同數(shù)量的振動(dòng)臂(3-1)情況下，各個(gè)振 動(dòng)臂(3-1)之間都按圓心角對(duì)稱(chēng)；振動(dòng)臂(3-1)的弧所對(duì)應(yīng)的圓心角范圍為5° 5°。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器，其特征在于所述 的扇形通孔(3-3)的內(nèi)徑為20 30微米，外徑為50 60微米；空芯光纖(2)的內(nèi)徑為140-160 微米，外徑大于250微米；實(shí)芯光子晶體光纖(3)的外徑與空芯光纖(2)的外徑相同；普 通單模光纖(1)的直徑與空芯光纖(2)的內(nèi)徑緊密配合；實(shí)芯光子晶體光纖(3)的長(zhǎng)度為 500微米 2毫米。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器，其特征在于振動(dòng) 塊(3-2)位于實(shí)芯光子晶體光纖(3)的軸向中部，振動(dòng)臂(3-1)的厚度小于振動(dòng)塊(3-2) 的厚度，厚度差為0 40微米；實(shí)芯光子晶體光纖(3)的厚度大于振動(dòng)塊(3-2)的厚度，厚 度差為40-60微米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的全光纖溫度自補(bǔ)償微型加速度傳感器，其特征在于所述的空 芯光纖(2)采用空芯光子晶體光纖時(shí)，則空芯光纖(2)長(zhǎng)度為10微米 10厘米；空芯光纖(2)采用空芯玻璃光纖時(shí)，則空芯光纖(2)長(zhǎng)度為10 800微米。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器，其特征在于所述 的振動(dòng)塊(3-2)兩端面都鍍有銀膜，厚度為5-10微米。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器，其特征在于 兩根普通單模光纖(1)和兩根空芯光纖(2)的焊接處的普通單模光纖(1)端面分別形成兩 個(gè)反射面，振動(dòng)塊(3-2)的兩個(gè)端面到各自那側(cè)的反射面的距離相同。
8、 一種全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器的制作方法，其特征在于該方法的工藝步驟包括1)利用微動(dòng)臺(tái)將第一根普通單模光纖(1)端頭的一小段插入第一根空芯光纖(2)的空芯孔內(nèi)，采用C02激光焊接方法將第一根普通單模光纖(1)和第一根空芯光纖(2)的插接 處焊接固定；2) 根據(jù)需要的F-P干涉腔長(zhǎng)度，切割第一根空芯光纖(2);3) 在實(shí)芯光子晶體光纖(3) —端的端面鍍上銀膜，采用飛秒激光或157nm激光微加工 法，在實(shí)芯光子晶體光纖(3)的鍍膜端，加工出與實(shí)芯光子晶體光纖(3)橫切面同圓心的 若干個(gè)扇形通孔(3-3);加工振動(dòng)臂(3-1)、振動(dòng)塊(3-2)的厚度；采用手動(dòng)熔接的方法將 實(shí)芯光子品體光纖(3)鍍膜端與第一根空芯光纖(2)的切割端熔接；4) 根據(jù)需要的長(zhǎng)度，切割實(shí)芯光子晶體光纖(3);5) 采用研磨盤(pán)將實(shí)芯光子晶體光纖(3)精確研磨到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度；6) 再采用飛秒激光或157nm激光微加工法，在實(shí)芯光子晶體光纖(3)的研磨端，加工 振動(dòng)臂(3-1)、振動(dòng)塊(3-2)的厚度，使振動(dòng)塊(3-2)位于實(shí)芯光子晶體光纖(3)的軸向 中部；7) 在振動(dòng)塊(3-2)的裸露端鍍上銀膜；8) 采用手動(dòng)熔接的方法，將第二根空芯光纖(2)的一端與實(shí)芯光子品體光纖(3)的研 磨端熔接；9) 在顯微鏡下手動(dòng)切割第二根空芯光纖(2)的長(zhǎng)度；10) 利用微動(dòng)臺(tái)將第二根普通單模光纖(1)端頭的一小段插入第二根空芯光纖(2)的 空芯孔內(nèi)，采用C02激光焊接方法將第二根普通單模光纖(1)和第二根空芯光纖(2)的插 接處掉接固定。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器的制作方法，其特征 在于所述的工藝參數(shù)為空芯光纖(2)采用空芯光子晶體光纖時(shí)長(zhǎng)度為10微米 10厘米， 空芯光纖(2)采用空芯玻璃光纖時(shí)長(zhǎng)度為10微米 800微米；實(shí)芯光子晶體光纖(3)的長(zhǎng) 度為500微米 2毫米；振動(dòng)臂(3-l)的數(shù)量為2個(gè)或2個(gè)以上，且在不同數(shù)量的振動(dòng)臂(3-l) 情況下，各個(gè)振動(dòng)臂(3-1)之間都按圓心角對(duì)稱(chēng)；振動(dòng)臂(3-1)的弧所對(duì)應(yīng)的圓心角為5。
15°;扇形通孔(3-3)的內(nèi)徑為20 30微米，外徑為50 60微米；振動(dòng)臂(3-1)的厚度小 于振動(dòng)塊(3-2)的厚度，厚度差為0 40微米；實(shí)芯光子晶體光纖(3)的厚度大于振動(dòng)塊(3-2) 的厚度，厚度差為40-60微米。
10、 一種采用全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器的測(cè)量裝置，其特征在于它包 括激光光源(4)、調(diào)制器(5)、三個(gè)耦合器(6)、兩個(gè)隔離器(7)、兩個(gè)光電探測(cè)器(8)、 信號(hào)采集電路(9)、計(jì)算機(jī)(10)和全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器(11);其中， 激光光源(4)、調(diào)制器(5)順次光路連接到第一個(gè)耦合器(6)的一端，第一個(gè)耦合器(6)的另一端分別與兩個(gè)隔離器(7)的輸入端光路連接；其中一個(gè)隔離器(7)的輸出端、全光 纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器(11)的一端、其中一個(gè)光電探測(cè)器(8)輸入端，三者 通過(guò)第二個(gè)耦合器(6)光路連接；另一個(gè)隔離器(7)的輸出端、全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P 加速度傳感器(11)的另一端、另一個(gè)光電探測(cè)器(8)輸入端，三者通過(guò)第三個(gè)耦合器(6) 光路連接；兩個(gè)光電探測(cè)器(8)的輸出端都與信號(hào)采集電路(9)通信連接，信號(hào)采集電路 (9)與計(jì)算機(jī)(10)通信連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器，它包括兩根普通單模光纖、兩根空芯光纖、實(shí)芯光子晶體光纖，所述的傳感器按普通單模光纖、空芯光纖、實(shí)芯光子晶體光纖、空芯光纖、普通單模光纖的順序順次焊接和熔接；本發(fā)明還公開(kāi)了一種全光纖溫度自補(bǔ)償微型F-P加速度傳感器的制作方法及測(cè)量裝置；本發(fā)明的有益技術(shù)效果是使加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)了微型化和溫度自補(bǔ)償，并且該加速度計(jì)制作簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、耐高溫，特別是可應(yīng)用于惡劣環(huán)境如水下、高電磁場(chǎng)環(huán)境、高污染環(huán)境、溫度變化大的各種狀況下的加速度和振動(dòng)量的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01P15/02GK101424696SQ20081023322
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者濤 朱, 濤 柯, 饒?jiān)平?申請(qǐng)人:重慶大學(xué)