微型寬頻帶光纖微壓力傳感裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供了一種微型寬頻帶光纖微壓力傳感裝置。該測量裝置采用長腔光纖微型F?P腔實現外界微壓力感知，外界微壓力作用使微型F?P腔腔長變化，導致其干涉信號光譜特性改變，通過對微型F?P腔反射干涉光譜特性數據分析精確地測量出微壓力的大小。其中采用研磨制作工藝控制微型F?P腔壓力敏感端的厚度和質量，提高其壓力響應頻率，實現寬頻帶的微壓力測量；進一步在反射光譜信號輸出光纖上制作溫度補償光纖光柵，結合信號處理，消除溫度與壓力的交叉敏感，實現微壓力的高精度測量。本發明專利技術裝置具有壓力敏感頭微型化、壓力響應寬頻帶、高靈敏度、高精度、抗電磁干擾、無溫度串擾等特點。

【技術實現步驟摘要】

專利技術涉及光纖傳感
，特別是涉及一種微型寬頻帶光纖微壓力傳感裝置。
技術介紹
在生物醫學領域,可侵入人體內的微型壓力傳感測量技術在疾病診斷中發揮著重要的作用；在高溫、高壓、強電磁干擾和腐蝕性的工業環境下,也需要微型傳感器對壓力進行測試。光纖法布里-珀羅儀傳感器以其靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化等優勢近年來備受青睞。根據光纖法珀腔的不同，光纖法珀傳感器可以分為以下三種：本征型光纖法珀干涉儀、非本征型光纖法珀干涉儀和線型光纖法珀干涉儀。常用光纖法珀腔傳感器結構及制作工藝有全光纖結構法珀壓力傳感器、激光加工微型光纖壓力傳感器、二氧化硅膜片壓力傳感器，以上大都采用激光刻蝕加工的方法直接在光纖上形成全光纖結構的光纖布里-珀羅儀傳感器，然而在實際應用中卻存在著一定的缺陷，例如在油井監測領域采用全光纖結構的光纖布里-珀羅儀傳感器往往會出現粘連現象進而導致傳感器無法正常工作等，同時由于激光刻蝕的成本太高無法大規模量產。進入21世紀以來，將光纖傳感技術和MEMS技術相結合制作新型光纖MEMS傳感器憑借其高可靠性以及尺寸小、準確度高、動態范圍大易于大規模集成化生產等諸多優勢已經成為光纖傳感器制作領域的新熱點，然而由于材料遲滯、密封問題、反射層分層等使這種傳感器穩定性較差。針對傳統的F-P腔傳感器本專利技術提出了一種全新的微型寬頻帶光纖微壓力傳感方法及裝置
，能夠實現寬頻帶微壓力的高精度測量。
技術實現思路
本專利技術主要解決的技術問題是提供一種微型寬頻帶光纖微壓力傳感裝置，采用長腔長的光纖微型F-P腔實現外界微壓力感知。利用兩光纖準直器端面間隔一定距離形成一種長腔長的微型F-P腔，微壓力作用使其腔長變化，并導致其干涉信號光譜特性發生改變，通過微型F-P腔的光譜特性數據分析，精確地測量出微壓力的大小。為解決上述技術問題，本專利技術采用的一個技術方案是：提供一種微型寬頻帶光纖微壓力傳感裝置，其特征在于，包括：光源模塊、光纖環形器、微壓力傳感器模塊、光譜采集模塊和信號處理模塊，所述光纖環形器的第一端口與所述光源模塊連接、第二端口與所述微壓力傳感器模塊連接、第三端口與所述光譜采集模塊連接，所述光譜采集模塊連接所述信號處理模塊，所述微壓力傳感器模塊包括毛細玻璃管和固定在毛細玻璃管內的光纖準直器A和光纖準直器B；所述光源模塊用于向所述第一端口輸出穩定光譜和功率的光信號，所述第二端口用于將所述光信號注入所述微壓力傳感器模塊，以使所述微壓力傳感器模塊內的微型F-P腔向所述第二端口反射所述光信號的干涉信號，所述第三端口用于向所述光譜采集模塊輸出所述干涉信號，所述光譜采集模塊用于采集所述干涉信號的光譜特性數據，所述處理模塊用于根據所述光譜特性數據精確測量微壓力大小；所述第二端口通過光纖跳線與所述微壓力傳感器模塊連接，所述第三端口通過光纖跳線與所述光譜采集模塊連接。優選地，所述光源模塊采用寬光譜的半導體光源，所述光譜采集模塊采用微型光譜分析模塊。優選地，所述的光纖準直器端面鍍有低反膜，兩準直器端面間隔在毫米量級，形成一種弱反射長腔長F-P腔壓力高靈敏度敏感結構，保證實現微壓力的高精度測量。優選地，所述的微型F-P腔的壓力敏感端采用研磨制作工藝控制其厚度與質量，改善敏感頭的固有震動頻率特性，提高其壓力響應頻率，實現寬頻帶微壓力測量。優選地，所述的微型F-P腔在反射光譜信號輸出光纖上制作溫度補償光纖光柵，消除其溫度與壓力的交叉敏感，進一步提高了微壓力測量精度。區別于現有技術的情況，本專利技術的有益效果是：1、與傳統的全光纖結構相比，本專利技術通過利用兩光纖準直器端面間隔一定距離形成一種微型F-P腔，大大降低了光波損耗，提高了傳感信號的信噪比，改善了壓力測量精度。2、采用鍍有低反膜的光纖準直器端面作為微型F-P腔反射面，使其腔長達到幾個毫米，實現了弱反射長腔長F-P腔壓力敏感結構，極大地改善了微壓力測量靈敏度，保證實現微壓力的高精度測量；3、微型F-P腔采用研磨制作工藝控制壓力敏感端的厚度和質量，提高其壓力響應頻率，實現寬頻帶的微壓力測量。4、微型F-P腔在反射光譜信號輸出光纖上制作溫度補償光纖光柵，消除其溫度與壓力的交叉敏感，進一步提高微壓力的測量精度。附圖說明圖1是微型寬頻帶光纖微壓力測量裝置示意圖。圖2是微壓力傳感器模塊一種應用場景中的結構示意圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本專利技術的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。參見圖1，是本專利技術實施例微型寬頻帶光纖微壓力測量裝置示意圖。本實施例的微型寬頻帶光纖微壓力測量裝置包括光源模塊1、光纖環形器2、微壓力傳感器模塊3、光譜采集模塊4和信號處理模塊5。光纖環形器2包括與光源模塊1連接的第一端口D1、與微壓力傳感圖模塊3連接的第二端口D2和與光譜采集模塊4連接的第三端口D3，光譜采集模塊4連接處理模塊5。在本實施例中，光源模塊1采用了寬光譜的半導體光源，光譜采集模塊4采用了微型光譜儀，信號處理模塊5采用了嵌入式CPU，嵌入式CPU對數據處理與分析，實現微壓力的精確測量。可選地，還可以為嵌入式CPU提供數據接口。微壓力傳感器模塊3采用了固定在玻璃管32內的光纖準直器A30和準直器B31間隔一定距離形成的弱反射長腔長F-P腔。光源模塊1用于向第一端口D1輸出穩定光譜和功率的光信號，第二端口D2用于將光信號注入微壓力傳感器模塊3，以使微型F-P腔向第二端口D2反射光信號的干涉信號，第三端口D3用于向光譜采集模塊4輸出干涉信號，光譜采集模塊4用于采集干涉信號的光譜特性數據，信號處理模塊5用于根據光譜特性數據精確測量微壓力大小。微壓力傳感器模塊3作為壓力敏感結構，光信號進入微壓力傳感器模塊3的微型F-P腔內后，如果外界壓力大小發生改變，微型F-P腔的腔長也會隨之發生改變，進而引起微型F-P腔反射的干涉信號的光譜特性發生改變，對干涉信號的光譜特性數據進行分析后就可以精確地測量出微壓力大小。具體而言，如圖2所示，是圖1中微壓力傳感器模塊一種應用場景中的結構示意圖。在該應用場景中，采用鍍有低反膜的光纖準直器A和光纖準直器B間隔幾個毫米形成了一種弱反射長腔長F-P腔，同時對上述形成的微型F-P腔采用研磨制作工藝控制壓力敏感端的厚度和質量，提高其壓力響應頻率，實現寬頻帶的微壓力測量，進一步在反射光譜信號輸出光纖上制作溫度補償光纖光柵，消除其溫度與壓力的交叉敏感，實現微壓力的高精度測量。通過上述方式，本專利技術實施例的微型寬頻帶光纖壓力測量裝置在微壓力傳感器模塊中形成微型F-P腔，如果有微壓力作用，微壓力會使微型F-P腔的腔長發生改變，并導致微型F-P腔反涉的干涉信號的光譜特性發生改變，通過干涉信號的光譜特性數據分析即可精確計算出微壓力的大小，從而實現寬頻帶范圍內微壓力的高精度測量。以上所述僅為本專利技術的實施例，并非因此限制本專利技術的專利范圍，凡是利用本專利技術說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的
，均同理包括在本專利技術的專利保護范圍內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微型寬頻帶光纖微壓力傳感裝置，其特征在于，包括：光源模塊、光纖環形器、微壓力傳感器模塊、光譜采集模塊和信號處理模塊，所述光纖環形器的第一端口與所述光源模塊連接、第二端口與所述微壓力傳感器模塊連接、第三端口與所述光譜采集模塊連接；所述光譜采集模塊連接所述信號處理模塊，所述微壓力傳感器模塊包括毛細玻璃管和固定在毛細玻璃管內的光纖準直器A和光纖準直器B；所述光源模塊用于向所述第一端口輸出穩定光譜和功率的光信號，所述第二端口用于將所述光信號注入所述微壓力傳感器模塊，以使所述微壓力傳感器模塊內的微型F?P腔向所述第二端口反射所述光信號的干涉信號，所述第三端口用于向所述光譜采集模塊輸出所述干涉信號，所述光譜采集模塊用于采集所述干涉信號的光譜特性數據，所述處理模塊用于根據所述光譜特性數據精確測量微壓力大小；所述第二端口通過光纖跳線與所述微壓力傳感器模塊連接，所述第三端口通過光纖跳線與所述光譜采集模塊連接。

【技術特征摘要】
1.一種微型寬頻帶光纖微壓力傳感裝置，其特征在于，包括：光源模塊、光纖環形器、微壓力傳感器模塊、光譜采集模塊和信號處理模塊，所述光纖環形器的第一端口與所述光源模塊連接、第二端口與所述微壓力傳感器模塊連接、第三端口與所述光譜采集模塊連接；所述光譜采集模塊連接所述信號處理模塊，所述微壓力傳感器模塊包括毛細玻璃管和固定在毛細玻璃管內的光纖準直器A和光纖準直器B；所述光源模塊用于向所述第一端口輸出穩定光譜和功率的光信號，所述第二端口用于將所述光信號注入所述微壓力傳感器模塊，以使所述微壓力傳感器模塊內的微型F-P腔向所述第二端口反射所述光信號的干涉信號，所述第三端口用于向所述光譜采集模塊輸出所述干涉信號，所述光譜采集模塊用于采集所述干涉信號的光譜特性數據，所述處理模塊用于根據所述光譜特性數據精確測量微壓力大小；所述第二端口通過光纖跳線與所述微壓力傳感器模塊連接，所述第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：代志勇，張陽，王巖巖，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51