一種基于fbg的膜片式低精細度f-p光纖加速度傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種F-P腔光纖加速度傳感器，具體涉及一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，屬于光纖傳感器技術領域。
【背景技術】
[0002]光纖傳感器技術是隨著光纖的發(fā)展和光纖通信而慢慢形成的一門新興技術。它是以光作為載體，并且以光纖作為傳輸介質，對被測參數(shù)實現(xiàn)傳感。具有本質安全、不受電磁干擾、便于聯(lián)網(wǎng)與遠距離測試、適應于惡劣環(huán)境等一系列優(yōu)點。
[0003]光纖加速度傳感器近年來發(fā)展迅速，目前已經(jīng)有的光纖加速度傳感器有環(huán)形腔干涉儀加速度計，基于邁克爾遜干涉儀的光纖加速度計、基于馬赫-澤德干涉儀的光纖加速度計、光纖布拉格光柵加速度計，光纖本征型F-P腔加速度計等。這些傳感器的主要特點是將光纖纏繞在質量塊上用作敏感元件，當質量塊在加速度作用下振動時，引起光纖的長度、折射率等發(fā)生變化，從而導致輸出光信號發(fā)生變化。通過檢測輸出光信號的變化從而檢測出加速度。這種結構通常具有尺寸較大、溫度交叉敏感，傳感器的制作重復性低等缺點。
[0004]光纖非本征型F-P腔加速度計利用質量塊自身做敏感元件，利用光纖端面與質量塊端面組成F-P腔，利用強度解調檢測質量塊振動時造成的腔長變化來檢測加速度大小，具有結構簡單、靈敏度高等優(yōu)勢。但該種結構對F-P腔的初始腔長及腔長穩(wěn)定性具有較高要求，不適應于大規(guī)模批量復制和溫度敏感度高和大規(guī)模陣列復用等缺點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]在下文中給出了關于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0006]鑒于此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，以克服上述傳統(tǒng)的光纖加速度傳感器的缺點。
[0007]本發(fā)明提出的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，該光纖傳感器包括寫入光纖3內(nèi)的FBGl，敏感膜片2，光纖3，套筒5，套筒5用于將敏感膜片2固定于光纖端面4的正前方，敏感膜片2的中間設有凸起質量塊；所述的FBGl和凸起質量塊的端面構成F-P腔的一對反射鏡，所述的F-P腔的光學反射面是平面，所述的光纖3和光纖端面4至敏感膜片2的空氣腔共同組成了 F-P腔的腔長。
[0008]對上述的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器具體優(yōu)化設計，所述的FBG距離光纖端面6米，敏感膜片距離光纖端面為微米量級。
[0009]對上述的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器具體優(yōu)化設計，所述的光纖端面有一個傾角。如此設置，避免在空氣腔發(fā)生自干涉。
[0010]對上述的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器具體優(yōu)化設計，所述的FBG的反射率在2%至10%之間。
[0011]對上述的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器具體優(yōu)化設計，所述的凸起質量塊的直徑為125微米至2.5毫米，凸起質量塊的厚度為200微米至500微米；敏感膜片的半徑為50微米至250微米，敏感膜片的厚度為10微米至100微米之間。本發(fā)明的傳感器通過改變膜片的厚度或者形狀，凸起質量塊的重量，來改變傳感器的靈敏度和量程。
[0012]對上述的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器具體優(yōu)化設計，所述敏感膜片的材料為硅、金、銀或鋁。
[0013]對上述的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器具體優(yōu)化設計，所述的光纖端面與敏感膜片之間的距離可調整。如此設置，通過控制光纖端面與膜片之間的距離，使得膜片的有效反射率與FBG的反射率相同。
[0014]對上述的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器具體優(yōu)化設計，所述的傳感器的輸出信號采用PGC相位解調系統(tǒng)進行信號解調。如此設置，利用相位解調方法使得光纖傳感器很強的抗干擾能力和波分復用能力。
[0015]本發(fā)明所達到的效果為:
[0016]本發(fā)明提供了一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，該傳感器利用帶有質量塊結構的膜片作為加速度敏感元件，利用相位方法進行信號解調，具有靈敏度高，抗干擾能力強，波分復用能力強等優(yōu)勢。光纖布拉格光柵和質量塊端面構成法布里-珀羅腔的一對反射鏡，光纖布拉格光柵至出射端面和光纖出射端面至膜片的空氣腔共同組成了法布里-珀羅腔的腔長。通過改變膜片的厚度或者形狀，質量塊的重量，來改變傳感器的靈敏度和量程，利用相位解調方法使得光纖傳感器很強的抗干擾能力和波分復用能力。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器具體實施的截面示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器采用相位解調方法的解調系統(tǒng)示意圖；
[0019]圖中:1 FBG、2敏感膜片、3光纖、4光纖端面、5套筒、6 PGC相位解調模塊、7環(huán)形器、8 A/D轉換器、9光電轉換器。
【具體實施方式】
[0020]在下文中將結合附圖對本發(fā)明的示范性實施例進行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實際實施方式的所有特征。然而，應該了解，在開發(fā)任何這種實際實施例的過程中必須做出很多特定于實施方式的決定，以便實現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務相關的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，還應該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復雜和費時的，但對得益于本發(fā)明公開內(nèi)容的本領域技術人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務。
[0021]在此，還需要說明的一點是，為了避免因不必要的細節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關的裝置結構和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關系不大的其他細節(jié)。
[0022]本發(fā)明的實施例提供了一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，采用PGC相位解調系統(tǒng)進行信號解調。傳感器結構示意圖如圖1所示，PGC相位解調系統(tǒng)如圖2所示。該傳感器包括寫入光纖(3)內(nèi)部的FBG1，位于套筒5端面且正對于光纖端面(4)的中間帶有凸起質量塊的敏感膜片(2)，光纖(3)，光纖端面(4)，套筒(5)。所述的FBG(I)，距離光纖端面(4)為6米，F(xiàn)BG(I)構成了 F-P光纖傳感器的一個反射鏡；所述的敏感膜片
(2)，距離光纖端面(4)為微米量級，敏感膜片(2)構成F-P光纖傳感器的另一個反射鏡；所述的光纖(3)，長度為6米，所述的光纖端面(4)有一個傾角，避免了光纖端面和敏感膜片發(fā)生干涉；所述的套筒(5)用于固定敏感膜片(2)和光纖⑷的位置。通過控制光纖端面與膜片之間的距離，可以使得耦合進入光纖內(nèi)的反射光與在FBG處的反射光強度相等。
[0023]本實施例的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，所述的PGC相位解調系統(tǒng)如圖2所示。具體為:光源發(fā)出的光線經(jīng)環(huán)形器7后，首先進入光纖傳感器發(fā)生干涉，干涉光再經(jīng)環(huán)形器7進入光電轉換器9，電信號經(jīng)A/D 8采集后接入PGC相位解調豐旲塊6。
[0024]使用時，傳感器感受到加速度時，敏感薄膜2將發(fā)生振動，F(xiàn)-P腔的腔長將會發(fā)生變化，利用相位解調程序即可測試外界的加速度。
[0025]雖然本發(fā)明所揭示的實施方式如上，但其內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明的技術方案而采用的實施方式，并非用于限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術領域內(nèi)的技術人員，在不脫離本發(fā)明所揭示的核心技術方案的前提下，可以在實施的形式和細節(jié)上做任何修改與變化，但本發(fā)明所限定的保護范圍，仍須以所附的權利要求書限定的范圍為準。
【主權項】
1.一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:包括寫入光纖⑶內(nèi)的FBG(I)，敏感膜片(2)，光纖(3)，套筒(5)，套筒(5)用于將敏感膜片(2)固定于光纖端面⑷的正前方，敏感膜片⑵的中間設有凸起質量塊；所述的FBG(I)和凸起質量塊的端面構成F-P腔的一對反射鏡，所述的F-P腔的光學反射面是平面，所述的光纖(3)和光纖端面⑷至敏感膜片⑵的空氣腔共同組成了 F-P腔的腔長。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:所述的FBG(I)距離光纖端面(4)6米，敏感膜片(2)距離光纖端面為微米量級。3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:所述的光纖端面(4)有一個傾角。4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:所述的FBG(I)的反射率在2%至10%之間。5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:所述的凸起質量塊的直徑為125微米至2.5毫米，凸起質量塊的厚度為200微米至500微米；敏感膜片(2)的半徑為50微米至250微米，敏感膜片(2)的厚度為10微米至100微米之間。6.根據(jù)權利要求5所述的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:所述敏感膜片(2)的材料為硅、金、銀或鋁。7.根據(jù)權利要求6所述的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:所述的光纖端面(4)與敏感膜片(2)之間的距離可調整。8.根據(jù)權利要求1所述的一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:所述的傳感器的輸出信號采用PGC相位解調系統(tǒng)進行信號解調。
【專利摘要】一種基于FBG的膜片式低精細度F-P光纖加速度傳感器，屬于光纖傳感器技術領域。本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)F-P傳感器存在的缺陷。包括寫入光纖內(nèi)的光纖布拉格光柵，光纖，套筒，在套筒端面的中間有凸起質量塊的敏感膜片；光纖布拉格光柵和質量塊端面構成法布里-珀羅腔的一對反射鏡，F(xiàn)-P腔的光學反射面是平面，光纖布拉格光柵至出射端面和光纖出射端面至膜片的空氣腔共同組成了法布里-珀羅腔的腔長；該傳感器的輸出信號采用相位解調方法進行解調。通過改變膜片的厚度或者形狀，質量塊的重量，來改變傳感器的靈敏度和量程，利用相位解調方法使得光纖傳感器很強的抗干擾能力和波分復用能力。
【IPC分類】G01P15/093
【公開號】CN105223382
【申請?zhí)枴緾N201510696083
【發(fā)明人】金鵬, 劉歡, 劉彬, 林杰
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月22日