基于m-z干涉的光纖氣壓傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種基于M-Z干涉的光纖氣壓傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖傳感器由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在生物醫(yī)學(xué)、汽車制造業(yè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到了 普遍的應(yīng)用，光纖氣壓傳感器更是因其具有良好的多路復(fù)用能力、體積小、抗電磁干擾和易 于信號(hào)探測(cè)等優(yōu)點(diǎn)而受到了人們的廣泛關(guān)注。各種結(jié)構(gòu)的光纖氣壓傳感器已經(jīng)被報(bào)道，如 基于邊孔光纖的：π相位偏移布拉格光纖光柵氣壓傳感器、邊孔雙芯光子晶體光纖氣壓傳 感器和雙折射塑料光纖氣壓傳感器。近年來，法布里-珀羅（FP)干涉儀光纖氣壓傳感器 受到了廣泛的研究，如在光纖端面上鍍敏感膜結(jié)構(gòu)的氣壓傳感器、單芯和雙芯光子晶體光 纖結(jié)構(gòu)的氣壓傳感器和布拉格光纖光柵結(jié)構(gòu)的氣壓傳感器等。基于膜結(jié)構(gòu)的FP腔氣壓傳 感器的氣壓靈敏度是由氣壓改變時(shí)所引起的FP腔腔長(zhǎng)改變量決定的，而腔長(zhǎng)改變量又與 所使用膜的厚度相關(guān)，當(dāng)使用的膜的厚度范圍達(dá)到IOO-1000 nm時(shí)，即可得到高的氣壓靈敏 度。但是基于膜結(jié)構(gòu)的氣壓傳感器由于薄膜易破損和操作復(fù)雜等缺點(diǎn)而導(dǎo)致其使用受到了 極大的限制。盡管使用單芯或雙芯結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖可以得到堅(jiān)固的光纖氣壓傳感器， 但是其氣壓靈敏度取決于氣壓改變所引起的二氧化硅材料折射率的改變，因此其氣壓靈敏 度非常低，通常小于33pm/MPa。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種基于M-Z干涉的光纖氣壓傳 感器，其具有制備簡(jiǎn)單、靈敏度高、堅(jiān)固等優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：基于M-Z干涉的光纖氣壓傳感器，包括寬帶光 源、光纖光譜儀和馬赫-曾德干涉儀，其特征在于：所述的馬赫-曾德干涉儀包括凹錐型光 纖，在凹錐型光纖中心有一個(gè)圓形空氣腔，且空氣腔上方有一個(gè)直徑為2-4um的小孔，使空 氣腔與外部連通；馬赫-曾德干涉儀兩端經(jīng)單模光纖分別與寬帶光源和光纖光譜儀連接。
[0005] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0006] 1.傳感器整體材料為單模光纖，且制備過程中只需使用飛秒激光器和普通商用光 纖熔接機(jī)，具有成本低、制備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
[0007] 2.制備時(shí)，對(duì)單模光纖本身進(jìn)行了微加工和拉錐處理，從而在進(jìn)行傳感測(cè)試時(shí)能 夠激發(fā)更多的高階模，因此氣壓靈敏度比一般的光纖傳感器高出了一個(gè)量級(jí)。
[0008] 3.制備時(shí)，由于是微加工處理，在纖芯部分聚焦出的空氣腔與整個(gè)光纖相比尺寸 較小，且在空氣腔上打的小孔直接僅為2-4um，因此所述傳感器比一般光纖傳感器堅(jiān)固。
【附圖說明】
[0009] 下面結(jié)合附圖及具體方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0010] 圖1是本實(shí)用新型的光纖干涉儀結(jié)構(gòu)圖；
[0011] 圖2是光纖傳感器測(cè)試系統(tǒng)示意圖；
[0012] 圖中：1.馬赫-曾德干涉儀，2.凹錐型光纖，3.空氣腔，4.小孔，5.寬帶光源，6光 纖光譜儀。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 圖1中，基于M-Z干涉的光纖氣壓傳感器，包括寬帶光源5、光纖光譜儀6和馬 赫-曾德干涉儀1，其特征在于：所述的馬赫-曾德干涉儀1包括凹錐型光纖2,在凹錐型光 纖2中心有一個(gè)圓形空氣腔3,且空氣腔3上方有一個(gè)直徑為2-4um的小孔4,使空氣腔3 與外部連通；馬赫-曾德干涉儀1兩端經(jīng)單模光纖分別與寬帶光源5和光纖光譜儀6連接。
[0014] 如圖2所示，進(jìn)行氣壓傳感實(shí)驗(yàn)時(shí)，將馬赫-曾德干涉儀1密封在一個(gè)氣室 中，氣室中的氣體由小孔4進(jìn)入到空氣腔3中，當(dāng)寬帶光源發(fā)出的光進(jìn)入馬赫-曾德干 涉儀1后，一部分光進(jìn)入空氣腔3,以腔模的形式傳播，另一部分光進(jìn)入包層，以包層模 的形式傳播，腔模和包層模在空氣腔的另一端相遇并形成干涉。氣壓靈敏度的公式為：
'其中λ為光在真空中的波長(zhǎng)；
為包層模和 腔模的折射率之差：
為空氣腔折射率的氣壓相關(guān)系數(shù)。當(dāng)氣室中的氣壓改變，空氣 腔3中氣壓變化，其中氣體的折射率發(fā)生變化，從而包層模和腔模的折射率之差改變，表現(xiàn) 在光纖光譜儀即為光譜波峰的漂移，通過測(cè)量輸出中心波長(zhǎng)的漂移量即可實(shí)現(xiàn)氣壓的傳感 測(cè)量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于M-Z干涉的光纖氣壓傳感器，包括寬帶光源、光纖光譜儀和馬赫-曾德干涉儀， 其特征在于：所述的馬赫-曾德干涉儀包括凹錐型光纖，在凹錐型光纖中心有一個(gè)圓形空 氣腔，且空氣腔上方有一個(gè)直徑為2-4um的小孔，使空氣腔與外部連通；馬赫-曾德干涉儀 兩端經(jīng)單模光纖分別與寬帶光源和光纖光譜儀連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于M-Z干涉的光纖氣壓傳感器，包括寬帶光源、光纖光譜儀和馬赫-曾德干涉儀，其特征在于：所述的馬赫-曾德干涉儀包括凹錐型光纖，在凹錐型光纖中心有一個(gè)圓形空氣腔，且空氣腔上方有一個(gè)直徑為2-4um的小孔，使空氣腔與外部連通；馬赫-曾德干涉儀兩端經(jīng)單模光纖分別與寬帶光源和光纖光譜儀連接。本實(shí)用新型具有制備簡(jiǎn)單、成本低、靈敏度高的特點(diǎn)，可進(jìn)行高靈敏度氣壓測(cè)量。
【IPC分類】G01L11/02
【公開號(hào)】CN205015117
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520631684
【發(fā)明人】劉亞銘, 徐賁, 黃杰
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年8月17日