一種位移-溫度同測(cè)光纖傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及光纖傳感器，尤其是涉及基于F-P干涉和熒 光壽命機(jī)理的一種位移-溫度同測(cè)光纖傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的單參數(shù)測(cè)量光纖傳感器主要是指對(duì)應(yīng)變、位移、溫度、折射率、加速度、振動(dòng) 等單一參數(shù)的測(cè)量，多參數(shù)測(cè)量技術(shù)則包括對(duì)兩個(gè)或者兩個(gè)以上此類參數(shù)的測(cè)量。多參數(shù) 之間的交叉敏感性一直是個(gè)不容忽視的重要問題，嚴(yán)重影響傳感器的測(cè)量精度，研宄多參 數(shù)同時(shí)測(cè)量的光纖傳感器具有極大的科研價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 此外，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化、集成化和低成本化，某些特定工程應(yīng)用場(chǎng)合要求對(duì) 溫度、位移、應(yīng)變等參數(shù)同時(shí)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)量，以減少傳感器器件的部署數(shù)量并降低系統(tǒng)復(fù) 雜程度。因而，多參數(shù)光纖傳感器的研宄在光纖傳感領(lǐng)域顯得尤為重要。
[0004][0005] 但現(xiàn)有技術(shù)中還沒有使用熒光實(shí)現(xiàn)位移和溫度雙參數(shù)同時(shí)測(cè)量的光纖傳感器，在 位移傳感器中，光纖法布里-珀羅（F-P)位移傳感器由于分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)， 已成為目前最有前景的位移傳感器之一?；跓晒鈮勖鼨C(jī)理制作的溫度傳感器不受光源、 探測(cè)器老化以及光纖彎曲的影響，是科學(xué)研宄與生產(chǎn)中溫度測(cè)量的最主要方法之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供可同時(shí)實(shí)現(xiàn)位移和溫度的精確測(cè)量，穩(wěn)定性好，靈敏度高； 可解決傳統(tǒng)的單參數(shù)光纖傳感器中各參數(shù)交叉敏感和多傳感器部署數(shù)量多、不緊湊的問 題，尤其是位移傳感器在測(cè)量過程中，溫度對(duì)測(cè)量精度影響的一種位移-溫度同測(cè)光纖傳 感器。
[0007] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] 一種位移-溫度同測(cè)光纖傳感器，包括干涉腔體、熒光材料體、毛細(xì)玻璃管、發(fā)射 光纖、接收光纖、熒光激勵(lì)光源和光源驅(qū)動(dòng)電路；
[0009] 毛細(xì)玻璃管設(shè)有發(fā)射孔和接收孔，發(fā)射光纖和接收光纖分別設(shè)于毛細(xì)玻璃管的發(fā) 射孔和接收孔中并露出下端，熒光材料體粘結(jié)于發(fā)射光纖的上端面，熒光激勵(lì)光源設(shè)于發(fā) 射光纖下方且對(duì)準(zhǔn)發(fā)射光纖，光源驅(qū)動(dòng)電路與熒光激勵(lì)光源電連接，熒光材料體粘結(jié)于發(fā) 射光纖的上端面，干涉腔體下端面與毛細(xì)玻璃管上端面對(duì)準(zhǔn)并粘結(jié)為一體，干涉腔體的干 涉腔內(nèi)表面設(shè)有光反射膜。
[0010] 由于設(shè)有熒光材料，入射光作為激發(fā)光通過發(fā)射光纖傳輸至熒光材料，激勵(lì)熒光 物質(zhì)產(chǎn)生熒光。該熒光的熒光壽命作為溫度的測(cè)量方式，同時(shí)，熒光通過干涉腔，形成低相 干涉，此信號(hào)作為干涉腔腔長(zhǎng)位移的測(cè)量方式。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0012] 1、本發(fā)明將兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)的傳感探頭集成于一體，實(shí)現(xiàn)了真正意義上位移和溫度 的同時(shí)測(cè)量，其傳感探頭尺寸小，成本低，便于安裝。
[0013] 2、使用脈沖調(diào)制光入射，既滿足熒光壽命測(cè)量原理，又延長(zhǎng)了光源使用壽命。
[0014] 3、出射光既包含了熒光壽命信息，又包含了干涉腔的低相干信息，兩種信息完全 獨(dú)立。
[0015] 4、測(cè)量不受入射光光強(qiáng)或頻率變化的影響，可使用激光作為入射光，極大增強(qiáng)了 入射光光強(qiáng)親合效率。
[0016] 5、入射光纖可以是單?；蚨嗄９饫w，因此與現(xiàn)有的光纖通信系統(tǒng)兼容性較好。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，各標(biāo)記為：1_干涉腔體；2-熒光材 料體；3-雙孔毛細(xì)玻璃管；4-發(fā)射光纖；5-接收光纖；6-熒光激勵(lì)光源；7-光源驅(qū)動(dòng)電路。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 如圖1所示，本實(shí)施例所述位移-溫度同測(cè)光纖傳感器，包括干涉腔體1、熒光材料 體2、雙孔毛細(xì)玻璃管3(也可為多孔）、發(fā)射光纖4、接收光纖5、熒光激勵(lì)光源6和光源驅(qū) 動(dòng)電路7。
[0019] 雙孔毛細(xì)玻璃管3設(shè)有發(fā)射孔和接收孔，發(fā)射光纖4和接收光纖5分別設(shè)于雙孔 毛細(xì)玻璃管3的發(fā)射孔和接收孔中并露出，雙孔毛細(xì)玻璃管3設(shè)有發(fā)射孔和接收孔用于發(fā) 射光纖4與接收光纖5的對(duì)準(zhǔn)夾持。安裝時(shí)，發(fā)射光纖4和接收光纖5經(jīng)剝線鉗剝掉纖皮， 用光纖切割刀將光纖的端面切割平整后，分別插入雙孔毛細(xì)玻璃管3的發(fā)射孔和接收孔 中，并使用光纖研磨拋光機(jī)對(duì)光纖進(jìn)行研磨拋光。熒光材料體2粘結(jié)于發(fā)射光纖4的上端 面，熒光激勵(lì)光源6設(shè)于發(fā)射光纖4下方且對(duì)準(zhǔn)發(fā)射光纖4,光源驅(qū)動(dòng)電路7與熒光激勵(lì)光 源6電連接。熒光材料體2被激發(fā)出的熒光壽命與溫度相關(guān)性高，熒光材料體2的材料選 用Y 202S:Eu、Sr3Si05:Eu2、燈用紅粉或其它熒光物質(zhì)，制作時(shí)，熒光材料2與環(huán)氧膠混合均勻 后，粘結(jié)于發(fā)射光纖4的上端面表面。干涉腔體1下端面與雙孔毛細(xì)玻璃管3上端面對(duì)準(zhǔn) 并粘結(jié)在一起。干涉腔體1的干涉腔內(nèi)表面設(shè)有光反射膜。光反射膜可采用化學(xué)氣相沉積 的方法沉積。
[0020] 本實(shí)施例測(cè)量原理：
[0021] 光源驅(qū)動(dòng)電路7與熒光激勵(lì)光源6相連，產(chǎn)生周期性脈沖來驅(qū)動(dòng)熒光激勵(lì)光源6， 使熒光激勵(lì)光源6產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖激勵(lì)光波。熒光激勵(lì)光源6發(fā)出的周期性脈沖激勵(lì)光波 經(jīng)過發(fā)射光纖4照射到熒光材料體2上，激發(fā)熒光材料體2發(fā)出熒光，熒光在干涉腔體1的 上下表面來回反射，形成多光束干涉，部分光束反射進(jìn)入接收光纖5。
[0022] 接收光纖5的出射光是經(jīng)干涉腔體1調(diào)制的熒光信號(hào)，該熒光信號(hào)包含熒光光強(qiáng) 信息和干涉腔體1調(diào)制干涉信息，其中熒光光強(qiáng)信息與溫度相關(guān)，通過微弱信號(hào)提取算法 可以實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量；干涉腔體1調(diào)制干涉信息與位移相關(guān)，通過白光干涉解調(diào)可以實(shí)現(xiàn)位 移測(cè)量。 IcF
[0023] 另外，由位移ω和壓力F的關(guān)系式4〃) = ^ (a2_r2)2 (D是干涉腔的彎曲剛度， 64￡) k是比例系數(shù)，a是干涉腔的半徑，r是待測(cè)點(diǎn)距干涉腔中心的距離），可以解調(diào)出壓力F，據(jù) 此原理又可制成壓力-溫度同測(cè)光纖傳感器；由力F與加速度a的關(guān)系式F = ma (m是運(yùn)動(dòng) 物體的質(zhì)量），可以解調(diào)出加速度a，據(jù)此原理又可制成加速度-溫度同測(cè)光纖傳感器；由彈 簧簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率f和位移ω的關(guān)系式f = (m是運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量，F(xiàn)是物體所受 2 π? F 的力），可以解調(diào)出振動(dòng)頻率f，據(jù)此原理又可制成振動(dòng)-溫度同測(cè)光纖傳感器。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種位移-溫度同測(cè)光纖傳感器，其特征在于，包括干涉腔體、熒光材料體、毛細(xì)玻 璃管、發(fā)射光纖、接收光纖、焚光激勵(lì)光源和光源驅(qū)動(dòng)電路； 毛細(xì)玻璃管設(shè)有發(fā)射孔和接收孔，發(fā)射光纖和接收光纖分別設(shè)于毛細(xì)玻璃管的發(fā)射孔 和接收孔中并露出下端，熒光材料體粘結(jié)于發(fā)射光纖的上端面，熒光激勵(lì)光源設(shè)于發(fā)射光 纖下方且對(duì)準(zhǔn)發(fā)射光纖，光源驅(qū)動(dòng)電路與熒光激勵(lì)光源電連接，熒光材料體粘結(jié)于發(fā)射光 纖的上端面，干涉腔體下端面與毛細(xì)玻璃管上端面對(duì)準(zhǔn)并粘結(jié)為一體，干涉腔體的干涉腔 內(nèi)表面設(shè)有光反射膜。
2. 如權(quán)利要求1所述一種位移-溫度同測(cè)光纖傳感器，其特征在于，所述毛細(xì)玻璃管為 雙孔毛細(xì)玻璃管或多孔毛細(xì)玻璃管。
【專利摘要】一種位移-溫度同測(cè)光纖傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。包括干涉腔體、熒光材料體、毛細(xì)玻璃管、發(fā)射光纖、接收光纖、熒光激勵(lì)光源和光源驅(qū)動(dòng)電路；毛細(xì)玻璃管設(shè)有發(fā)射孔和接收孔，發(fā)射光纖和接收光纖分別設(shè)于毛細(xì)玻璃管的發(fā)射孔和接收孔中并露出下端，熒光材料體粘結(jié)于發(fā)射光纖的上端面，熒光激勵(lì)光源設(shè)于發(fā)射光纖下方且對(duì)準(zhǔn)發(fā)射光纖，光源驅(qū)動(dòng)電路與熒光激勵(lì)光源電連接，熒光材料體粘結(jié)于發(fā)射光纖的上端面，干涉腔體下端面與毛細(xì)玻璃管上端面對(duì)準(zhǔn)并粘結(jié)為一體，干涉腔體的干涉腔內(nèi)表面設(shè)有光反射膜。可同時(shí)實(shí)現(xiàn)位移和溫度的精確測(cè)量，穩(wěn)定性好，靈敏度高；可解決傳統(tǒng)的單參數(shù)光纖傳感器中各參數(shù)交叉敏感和多傳感器部署數(shù)量多、不緊湊的問題。
【IPC分類】G01D21-02
【公開號(hào)】CN104833398
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510278209
【發(fā)明人】林春, 李亞東, 夏添藝, 李欣, 江小峰
【申請(qǐng)人】廈門大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月27日