一種基于fbg的膜片式高精細(xì)度f-p光纖加速度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種F-P壓力傳感器，具體涉及一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器，屬于光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳感器技術(shù)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(shù)。它是以光作為載體，并且以光纖作為傳輸介質(zhì)，對(duì)被測參數(shù)實(shí)現(xiàn)傳感。
[0003]傳統(tǒng)的膜片式非本征型F-P傳感器在光纖端面鍍上一層高反射膜，作為一個(gè)高反射鏡，敏感膜片作為另一個(gè)反射鏡，兩個(gè)反射鏡組成F-P腔，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外界信號(hào)的干涉測量。傳統(tǒng)的膜片式非本征的F-P傳感器腔長較短，干涉腔的微小加工誤差對(duì)解調(diào)結(jié)果影響很大，因此干涉腔腔長的加工重復(fù)性難度較大；當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起干涉腔腔長的緩慢變化，使解調(diào)結(jié)果穩(wěn)定度和精度變差；波長漂移等干擾因素也會(huì)影響傳統(tǒng)的膜片式非本征型F-P傳感器的解調(diào)精度和穩(wěn)定度；傳統(tǒng)的膜片式非本征的F-P傳感器在組裝時(shí)要求兩個(gè)反射鏡平行，因此組裝困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)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(guān)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(xì)描述的前序。
[0005]鑒于此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器，以克服上述傳統(tǒng)的膜片式非本征的F-P傳感器缺點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明提出的一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器，包括寫入光纖內(nèi)的FBG，敏感膜片，正對(duì)光纖出射端面的準(zhǔn)直透鏡，帶尾纖套筒，光纖，套管；
[0007]所述的套管的一端端面上設(shè)置敏感膜片，套管內(nèi)固定準(zhǔn)直透鏡和帶尾纖套筒，帶尾纖套筒的尾纖穿出套管的另一端與光纖連接，敏感膜片的中間設(shè)有凸起質(zhì)量塊；
[0008]所述的FBG和敏感膜片上的凸起質(zhì)量塊的端面構(gòu)成F-P腔的一對(duì)反射鏡；
[0009]所述的FBG至光纖出射端面，準(zhǔn)直透鏡，以及準(zhǔn)直透鏡至凸起質(zhì)量塊的空氣腔共同組成了 F-P的腔長。
[0010]本發(fā)明的傳感器對(duì)溫度變化和激光器波長緩慢漂移不敏感。
[0011]本發(fā)明的傳感器干涉腔的腔長加工重復(fù)性好。
[0012]本發(fā)明的傳感器干涉腔的反射鏡平行度高。
[0013]本發(fā)明為了保證敏感膜片具有高反射率，一般在光學(xué)反射面加工高反射率的薄膜結(jié)構(gòu)，光學(xué)反射面為平面。
[0014]對(duì)上述的一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器具體優(yōu)化設(shè)計(jì)，所述的FBG距離光纖出射端面6米，準(zhǔn)直透鏡距離敏感膜片上的凸起質(zhì)量塊端面為微米量級(jí)。
[0015]對(duì)上述的一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器具體優(yōu)化設(shè)計(jì)，所述的光纖出射端面有一個(gè)傾角。所述的傾角為8度。如此設(shè)置，避免在空氣腔發(fā)生自干涉。
[0016]對(duì)上述的一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器具體優(yōu)化設(shè)計(jì)，所述的FBG的反射率為85%以上。
[0017]對(duì)上述的一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器具體優(yōu)化設(shè)計(jì)，所述的敏感膜片的厚度100納米至1微米，直徑大小為150納米至2.5毫米，對(duì)波長為1550納米的光波反射率大于85%。
[0018]對(duì)上述的一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器具體優(yōu)化設(shè)計(jì)，所述的準(zhǔn)直透鏡端面上鍍上一層增透膜。通過準(zhǔn)直透鏡減小光強(qiáng)在空氣腔的損耗，保持和FBG相同的反射率。
[0019]對(duì)上述的一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器具體優(yōu)化設(shè)計(jì)，傳感器的輸出信號(hào)采用PGC相位解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)解調(diào)。
[0020]本發(fā)明所達(dá)到的效果為:
[0021]本發(fā)明提供了一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器，該傳感器利用帶有質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的膜片作為加速度敏感元件，光纖布拉格光柵和質(zhì)量塊端面構(gòu)成法布里-珀羅腔的一對(duì)反射鏡，光纖布拉格光柵至光纖出射端面，準(zhǔn)直透鏡，以及準(zhǔn)直透鏡至凸起質(zhì)量塊的空氣腔共同組成了法布里-珀羅腔的腔長，傳感器采用相位方法進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)受溫度的影響較??；這種設(shè)計(jì)使得傳感器具有高靈敏度特點(diǎn)，其腔長較大，有很好的波分復(fù)用能力。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器具體實(shí)施的截面示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F_P光纖加速度傳感器采用相位解調(diào)方法的解調(diào)系統(tǒng)示意圖；
[0024]圖中:1FBG、2敏感膜片、3準(zhǔn)直透鏡、4帶尾纖套筒、5光纖、6套管、7第二光電轉(zhuǎn)換器、7'第一光電轉(zhuǎn)換器。
【具體實(shí)施方式】
[0025]在下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會(huì)隨著實(shí)施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對(duì)得益于本發(fā)明公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。
[0026]在此，還需要說明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)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(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
[0027]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器，采用PGC相位解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)解調(diào)。傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，PGC相位解調(diào)系統(tǒng)如圖2所示。該光纖傳感器包括寫入光纖內(nèi)的FBG1，光纖5，正對(duì)光纖出射端面的準(zhǔn)直透鏡3，帶尾纖套筒4，固定準(zhǔn)直透鏡3和帶尾纖套筒4的套管6，在套管6端面設(shè)置敏感膜片2。所述的FBG1，距離光纖出射端面為6米，F(xiàn)BG1構(gòu)成了 F-P光纖傳感器的一個(gè)反射鏡；所述的準(zhǔn)直透鏡3，距離敏感膜片上的凸起質(zhì)量塊端面為微米量級(jí)，敏感膜片上的凸起質(zhì)量塊端面構(gòu)成F-P光纖傳感器的另一個(gè)反射鏡；所述的準(zhǔn)直透鏡3，減小了空氣腔光強(qiáng)的損耗，使敏感膜片2上的凸起質(zhì)量塊端面具有與FBG1相同的高反射率；所述的光纖出射端面有一個(gè)傾角，可以避免光纖出射端面和敏感膜片發(fā)生干涉；所述的套管6用于固定帶尾纖套筒4和準(zhǔn)直透鏡3。所述的光纖5，從其端面至FBG1長度為6米，長光纖使得F-P傳感器腔長較長，有利于進(jìn)行波分復(fù)用和相位解調(diào)；所述的光纖端面有一個(gè)傾角，避免了光纖端面5和敏感膜片2發(fā)生干涉；所述的套管6用于固定帶尾纖套筒4和準(zhǔn)直透鏡3。
[0028]本實(shí)施例的基于FBG的膜片式F-P光纖傳感器，所述的相位解調(diào)系統(tǒng)如圖2所示。具體為:光源發(fā)出的光線經(jīng)過1:4耦合器后，較弱的光束I接入roi，較強(qiáng)的光束接入1:1耦合器，在探頭內(nèi)發(fā)生干涉，干涉信號(hào)I’接入ro2，i與I’進(jìn)行相減和相除操作后接入PGC解調(diào)程序。所述的相位解調(diào)靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，同時(shí)使光纖傳感器對(duì)溫度變化不敏感。
[0029]本實(shí)施例的基于FBG的膜片式F-P光纖傳感器，所述的相位解調(diào)系統(tǒng)如圖2所示。具體為:光源發(fā)出的光線經(jīng)過1:4耦合器后，較弱的光束I接入roi，較強(qiáng)的光束接入1:1耦合器，在探頭內(nèi)發(fā)生干涉，干涉信號(hào)I’接入ro2，較弱的光束I與干涉信號(hào)I’進(jìn)行相減和相除操作后接入PGC相位解調(diào)模塊。所述的相位解調(diào)靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，同時(shí)使光纖傳感器對(duì)溫度變化不敏感。
[0030]雖然本發(fā)明所揭示的實(shí)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(shù)方案而采用的實(shí)施方式，并非用于限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭示的核心技術(shù)方案的前提下，可以在實(shí)施的形式和細(xì)節(jié)上做任何修改與變化，但本發(fā)明所限定的保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書限定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:包括寫入光纖(5)內(nèi)的FBG (I)，敏感膜片(2)，正對(duì)光纖出射端面的準(zhǔn)直透鏡(3)，帶尾纖套筒(4)，光纖(5)，套管(6); 套管￠)的一端端面上設(shè)置敏感膜片(2)，套管￠)內(nèi)固定準(zhǔn)直透鏡(3)和帶尾纖套筒(4)，帶尾纖套筒(4)的尾纖穿出套管(6)的另一端與光纖(5)連接，敏感膜片(2)的中間設(shè)有凸起質(zhì)量塊； 所述的FBG(I)和敏感膜片(2)上的凸起質(zhì)量塊端面構(gòu)成F-P腔的一對(duì)反射鏡； 所述的FBG(I)至光纖出射端面，準(zhǔn)直透鏡(3)，以及準(zhǔn)直透鏡(3)至凸起質(zhì)量塊的空氣腔共同組成了 F-P的腔長。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:所述的FBG(I)距離光纖出射端面6米，準(zhǔn)直透鏡(3)距離敏感膜片(2)上的凸起質(zhì)量塊端面為微米量級(jí)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:所述的光纖出射端面有一個(gè)傾角。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:所述的FBG(I)的反射率為85%以上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:所述的敏感膜片(3)的厚度100納米至I微米，直徑大小為150納米至2.5毫米，對(duì)波長為1550納米的光波反射率大于85%。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:所述的準(zhǔn)直透鏡(3)端面上鍍上一層增透膜。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:傳感器的輸出信號(hào)采用PGC相位解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)解調(diào)。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器，其特征在于:所述的傾角為8度。
【專利摘要】一種基于FBG的膜片式高精細(xì)度F-P光纖加速度傳感器，屬于光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)F-P傳感器存在的缺陷。寫入光纖內(nèi)的FBG，敏感膜片，正對(duì)光纖出射端面的準(zhǔn)直透鏡，帶尾纖套筒，光纖，套管；套管的一端端面上設(shè)置敏感膜片，套管內(nèi)固定準(zhǔn)直透鏡和帶尾纖套筒，帶尾纖套筒的尾纖穿出套管的另一端與光纖連接，敏感膜片的中間設(shè)有凸起質(zhì)量塊；FBG和敏感膜片上的凸起質(zhì)量塊端面構(gòu)成F-P腔的一對(duì)反射鏡；FBG至光纖出射端面，準(zhǔn)直透鏡，以及準(zhǔn)直透鏡至凸起質(zhì)量塊的空氣腔共同組成了F-P的腔長。敏感膜片使光纖傳感器具有非常高的靈敏度，該傳感器的輸出信號(hào)采用相位解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)，對(duì)溫度變化和激光波長漂移具有很強(qiáng)的抗干擾能力。
【IPC分類】G01P15/093
【公開號(hào)】CN105242067
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510696063
【發(fā)明人】金鵬, 劉彬, 王健, 林杰
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月22日