本发明专利技术提供了一种微型宽频带光纤微压力传感装置。该测量装置采用长腔光纤微型F‑P腔实现外界微压力感知，外界微压力作用使微型F‑P腔腔长变化，导致其干涉信号光谱特性改变，通过对微型F‑P腔反射干涉光谱特性数据分析精确地测量出微压力的大小。其中采用研磨制作工艺控制微型F‑P腔压力敏感端的厚度和质量，提高其压力响应频率，实现宽频带的微压力测量；进一步在反射光谱信号输出光纤上制作温度补偿光纤光栅，结合信号处理，消除温度与压力的交叉敏感，实现微压力的高精度测量。本发明专利技术装置具有压力敏感头微型化、压力响应宽频带、高灵敏度、高精度、抗电磁干扰、无温度串扰等特点。
【技术实现步骤摘要】
专利技术涉及光纤传感
，特别是涉及一种微型宽频带光纤微压力传感装置。
技术介绍
在生物医学领域,可侵入人体内的微型压力传感测量技术在疾病诊断中发挥着重要的作用；在高温、高压、强电磁干扰和腐蚀性的工业环境下,也需要微型传感器对压力进行测试。光纤法布里-珀罗仪传感器以其灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化等优势近年来备受青睐。根据光纤法珀腔的不同，光纤法珀传感器可以分为以下三种：本征型光纤法珀干涉仪、非本征型光纤法珀干涉仪和线型光纤法珀干涉仪。常用光纤法珀腔传感器结构及制作工艺有全光纤结构法珀压力传感器、激光加工微型光纤压力传感器、二氧化硅膜片压力传感器，以上大都采用激光刻蚀加工的方法直接在光纤上形成全光纤结构的光纤布里-珀罗仪传感器，然而在实际应用中却存在着一定的缺陷，例如在油井监测领域采用全光纤结构的光纤布里-珀罗仪传感器往往会出现粘连现象进而导致传感器无法正常工作等，同时由于激光刻蚀的成本太高无法大规模量产。进入21世纪以来，将光纤传感技术和MEMS技术相结合制作新型光纤MEMS传感器凭借其高可靠性以及尺寸小、准确度高、动态范围大易于大规模集成化生产等诸多优势已经成为光纤传感器制作领域的新热点，然而由于材料迟滞、密封问题、反射层分层等使这种传感器稳定性较差。针对传统的F-P腔传感器本专利技术提出了一种全新的微型宽频带光纤微压力传感方法及装置
，能够实现宽频带微压力的高精度测量。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种微型宽频带光纤微压力传感装置，采用长腔长的光纤微型F-P腔实现外界微压力感知。利用两光纤准直器端面间隔一定距离形成一种长腔长的微型F-P腔，微压力作用使其腔长变化，并导致其干涉信号光谱特性发生改变，通过微型F-P腔的光谱特性数据分析，精确地测量出微压力的大小。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种微型宽频带光纤微压力传感装置，其特征在于，包括：光源模块、光纤环形器、微压力传感器模块、光谱采集模块和信号处理模块，所述光纤环形器的第一端口与所述光源模块连接、第二端口与所述微压力传感器模块连接、第三端口与所述光谱采集模块连接，所述光谱采集模块连接所述信号处理模块，所述微压力传感器模块包括毛细玻璃管和固定在毛细玻璃管内的光纤准直器A和光纤准直器B；所述光源模块用于向所述第一端口输出稳定光谱和功率的光信号，所述第二端口用于将所述光信号注入所述微压力传感器模块，以使所述微压力传感器模块内的微型F-P腔向所述第二端口反射所述光信号的干涉信号，所述第三端口用于向所述光谱采集模块输出所述干涉信号，所述光谱采集模块用于采集所述干涉信号的光谱特性数据，所述处理模块用于根据所述光谱特性数据精确测量微压力大小；所述第二端口通过光纤跳线与所述微压力传感器模块连接，所述第三端口通过光纤跳线与所述光谱采集模块连接。优选地，所述光源模块采用宽光谱的半导体光源，所述光谱采集模块采用微型光谱分析模块。优选地，所述的光纤准直器端面镀有低反膜，两准直器端面间隔在毫米量级，形成一种弱反射长腔长F-P腔压力高灵敏度敏感结构，保证实现微压力的高精度测量。优选地，所述的微型F-P腔的压力敏感端采用研磨制作工艺控制其厚度与质量，改善敏感头的固有震动频率特性，提高其压力响应频率，实现宽频带微压力测量。优选地，所述的微型F-P腔在反射光谱信号输出光纤上制作温度补偿光纤光栅，消除其温度与压力的交叉敏感，进一步提高了微压力测量精度。区别于现有技术的情况，本专利技术的有益效果是：1、与传统的全光纤结构相比，本专利技术通过利用两光纤准直器端面间隔一定距离形成一种微型F-P腔，大大降低了光波损耗，提高了传感信号的信噪比，改善了压力测量精度。2、采用镀有低反膜的光纤准直器端面作为微型F-P腔反射面，使其腔长达到几个毫米，实现了弱反射长腔长F-P腔压力敏感结构，极大地改善了微压力测量灵敏度，保证实现微压力的高精度测量；3、微型F-P腔采用研磨制作工艺控制压力敏感端的厚度和质量，提高其压力响应频率，实现宽频带的微压力测量。4、微型F-P腔在反射光谱信号输出光纤上制作温度补偿光纤光栅，消除其温度与压力的交叉敏感，进一步提高微压力的测量精度。附图说明图1是微型宽频带光纤微压力测量装置示意图。图2是微压力传感器模块一种应用场景中的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见图1，是本专利技术实施例微型宽频带光纤微压力测量装置示意图。本实施例的微型宽频带光纤微压力测量装置包括光源模块1、光纤环形器2、微压力传感器模块3、光谱采集模块4和信号处理模块5。光纤环形器2包括与光源模块1连接的第一端口D1、与微压力传感图模块3连接的第二端口D2和与光谱采集模块4连接的第三端口D3，光谱采集模块4连接处理模块5。在本实施例中，光源模块1采用了宽光谱的半导体光源，光谱采集模块4采用了微型光谱仪，信号处理模块5采用了嵌入式CPU，嵌入式CPU对数据处理与分析，实现微压力的精确测量。可选地，还可以为嵌入式CPU提供数据接口。微压力传感器模块3采用了固定在玻璃管32内的光纤准直器A30和准直器B31间隔一定距离形成的弱反射长腔长F-P腔。光源模块1用于向第一端口D1输出稳定光谱和功率的光信号，第二端口D2用于将光信号注入微压力传感器模块3，以使微型F-P腔向第二端口D2反射光信号的干涉信号，第三端口D3用于向光谱采集模块4输出干涉信号，光谱采集模块4用于采集干涉信号的光谱特性数据，信号处理模块5用于根据光谱特性数据精确测量微压力大小。微压力传感器模块3作为压力敏感结构，光信号进入微压力传感器模块3的微型F-P腔内后，如果外界压力大小发生改变，微型F-P腔的腔长也会随之发生改变，进而引起微型F-P腔反射的干涉信号的光谱特性发生改变，对干涉信号的光谱特性数据进行分析后就可以精确地测量出微压力大小。具体而言，如图2所示，是图1中微压力传感器模块一种应用场景中的结构示意图。在该应用场景中，采用镀有低反膜的光纤准直器A和光纤准直器B间隔几个毫米形成了一种弱反射长腔长F-P腔，同时对上述形成的微型F-P腔采用研磨制作工艺控制压力敏感端的厚度和质量，提高其压力响应频率，实现宽频带的微压力测量，进一步在反射光谱信号输出光纤上制作温度补偿光纤光栅，消除其温度与压力的交叉敏感，实现微压力的高精度测量。通过上述方式，本专利技术实施例的微型宽频带光纤压力测量装置在微压力传感器模块中形成微型F-P腔，如果有微压力作用，微压力会使微型F-P腔的腔长发生改变，并导致微型F-P腔反涉的干涉信号的光谱特性发生改变，通过干涉信号的光谱特性数据分析即可精确计算出微压力的大小，从而实现宽频带范围内微压力的高精度测量。以上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微型宽频带光纤微压力传感装置，其特征在于，包括：光源模块、光纤环形器、微压力传感器模块、光谱采集模块和信号处理模块，所述光纤环形器的第一端口与所述光源模块连接、第二端口与所述微压力传感器模块连接、第三端口与所述光谱采集模块连接；所述光谱采集模块连接所述信号处理模块，所述微压力传感器模块包括毛细玻璃管和固定在毛细玻璃管内的光纤准直器A和光纤准直器B；所述光源模块用于向所述第一端口输出稳定光谱和功率的光信号，所述第二端口用于将所述光信号注入所述微压力传感器模块，以使所述微压力传感器模块内的微型F‑P腔向所述第二端口反射所述光信号的干涉信号，所述第三端口用于向所述光谱采集模块输出所述干涉信号，所述光谱采集模块用于采集所述干涉信号的光谱特性数据，所述处理模块用于根据所述光谱特性数据精确测量微压力大小；所述第二端口通过光纤跳线与所述微压力传感器模块连接，所述第三端口通过光纤跳线与所述光谱采集模块连接。
【技术特征摘要】
1.一种微型宽频带光纤微压力传感装置，其特征在于，包括：光源模块、光纤环形器、微压力传感器模块、光谱采集模块和信号处理模块，所述光纤环形器的第一端口与所述光源模块连接、第二端口与所述微压力传感器模块连接、第三端口与所述光谱采集模块连接；所述光谱采集模块连接所述信号处理模块，所述微压力传感器模块包括毛细玻璃管和固定在毛细玻璃管内的光纤准直器A和光纤准直器B；所述光源模块用于向所述第一端口输出稳定光谱和功率的光信号，所述第二端口用于将所述光信号注入所述微压力传感器模块，以使所述微压力传感器模块内的微型F-P腔向所述第二端口反射所述光信号的干涉信号，所述第三端口用于向所述光谱采集模块输出所述干涉信号，所述光谱采集模块用于采集所述干涉信号的光谱特性数据，所述处理模块用于根据所述光谱特性数据精确测量微压力大小；所述第二端口通过光纤跳线与所述微压力传感器模块连接，所述第...
【专利技术属性】
技术研发人员：代志勇，张阳，王岩岩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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