一种光纤端面薄膜型气压传感器的制备方法及制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术适用于光纤传感领域，提供了一种光纤端面薄膜型气压传感器的制备装置，包括光源模块、光纤耦合器、光谱采集与分析模块、传导光纤、薄膜和热风发生模块；所述光源模块的输出端口连接所述光纤耦合器的第一端口；所述光纤耦合器的第二端口连接所述传导光纤的输入端口，所述光纤耦合器的第三端口连接所述光谱采集与分析模块的输入端口；所述薄膜位于所述传导光纤的输出端口的端面；所述光谱采集与分析模块的输出端口连接所述热风发生模块的输入端口。本发明专利技术实施例通过热风发生模块产生的热风精确控制所述薄膜的厚度，制造出的光纤端面薄膜型气压传感器精度高，同时制作方法简单，成本低。

Method for preparing optical fiber end face film type air pressure sensor and preparation device

The invention is applicable to the field of optical fiber sensing, provides a device for preparing a fiber film type pressure sensor, which comprises a light source module, optical fiber coupler, spectral data acquisition and analysis module, transmission optical fiber, film and hot air generating module; the first port output port of the light source module is connected with the optical fiber coupler; the optical fiber the second port coupler is connected with the input port of the optical fiber transmission, input end of the optical fiber coupler is connected with the third port spectral data acquisition and analysis module; the end surface of the thin film is positioned on the output port of the optical fiber transmission; the input port output port of the spectral data acquisition and analysis module is connected with the hot air generating module the. The embodiment of the invention can accurately control the thickness of the film through the hot air generated by the hot air generating module, and the optical fiber end film type air pressure sensor made by the utility model has the advantages of high accuracy, simple manufacturing method and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种光纤端面薄膜型气压传感器的制备方法及制备装置
本专利技术属于光纤传感领域，尤其涉及一种光纤端面薄膜型气压传感器的制备方法及制备装置。
技术介绍
光纤传感器结构紧凑、抗电磁干扰、易于组网，现已广泛应用在建筑结构、环境监测等领域。光纤端面薄膜型FPI(Fabry-PerotInterferometer)，法布里-珀罗干涉仪)稳定性好、探测灵敏度高，被广泛应用于气压测量。光纤端面薄膜型FPI是在平整的光纤端面上镀上一层薄膜，照射光入射至光纤后，在光纤与薄膜，薄膜与空气的两个界面反射的两束光形成FPI。现有的光纤端面薄膜FPI制作方法有：溶液浸沾法、旋涂法、紫外胶固化法等。但是溶液浸沾法和旋涂法制作工艺比较复杂，溶液浸沾法需要事先配置溶液，然后将平整的光纤端面浸入溶液，随后取出、风干固化，形成端帽。旋涂法需要特殊的旋涂装置且需要精确地工艺控制。紫外胶固化法需要特殊的胶水，而且由于紫外固化胶固化后弹性模量比较大，目前报道过的紫外胶端帽FPI气压灵敏度比较低(约1nm/MPa)。因此，现有技术中没有提供同时满足器件高灵敏度且简易、低成本的制作方法，需要改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种光纤端面薄膜型气压传感器的制备方法及制备装置，旨在解决现有技术中没有提供同时满足器件高灵敏度且简易、低成本的制作方法的问题。本专利技术是这样实现的，一种光纤端面薄膜型气压传感器的制备装置，包括光源模块、光纤耦合器、光谱采集与分析模块、传导光纤、薄膜和热风发生模块，其中；所述光源模块的输出端口连接所述光纤耦合器的第一端口，用于产生预置波长的照射光，并将所述照射光通过所述输出端口发送给所述光纤耦合器；所述光纤耦合器的第二端口连接所述传导光纤的输入端口，所述光纤耦合器的第三端口连接所述光谱采集与分析模块的输入端口，用于对所述照射光进行耦合，并将耦合后的照射光发送给所述传导光纤；所述传导光纤的输出端口的端面包裹有所述薄膜，用于将所述耦合后的照射光传导到所述薄膜进行反射，并收集所述薄膜的反射光发送给所述光纤耦合器，以通过所述光纤耦合器将所述反射光发送给所述光谱采集与分析模块；所述光谱采集与分析模块的输出端口连接所述热风发生模块的输入端口，用于根据所述反射光的光波长和所述反射光的自由光谱宽度并通过预置的薄膜厚度计算公式计算得到所述薄膜的厚度，将所述薄膜的厚度与预置的薄膜厚度进行比较，根据比较结果生成控制信号并发送给所述热风发生模块；所述热风发生模块，用于根据所述控制信号产生对应温度和风速的热风，所述热风作用于所述薄膜表面，用以将所述薄膜的厚度控制至预置的薄膜厚度，并将所述薄膜固定在所述传导光纤的输出端口的端面上。进一步地，所述制备装置还包括用于将所述传导光纤的输出端口的端面切割平整的光纤切割器，所述光纤切割器为机械式光纤切割刀或飞秒激光切割刀。进一步地，所述光源模块为产生宽带光源的光源模块，所述宽带光源包括受激自发辐射光线光源或超连续光线光源。进一步地，所述光纤耦合器包括至少三个端口，所述光纤耦合器为树形光纤耦合器、星型光纤耦合器或光纤环形器中的一种。进一步地，所述光谱采集与分析模块为衍射光栅光谱仪、棱镜光谱仪、干涉光谱仪或微型光谱仪中的一种。进一步地，所述薄膜为聚合物薄膜，包括聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜、尼龙薄膜或聚脂薄膜中的任意一种。进一步地，所述热风发生模块为温度和风速可调的塑料焊枪。本专利技术还提供了一种光纤端面薄膜型气压传感器的制备方法，包括：将光纤耦合器的第一端口连接光源模块的输出端口，将所述光纤耦合器的第二端口连接传导光纤的输入端口，将所述光纤耦合器的第三端口连接光谱采集与分析模块的输入端口，将所述光谱采集与分析模块的输出端口连接热风发生模块的输入端口；将薄膜包裹在所述传导光纤的输出端口的端面上，并调整所述薄膜，得到高对比度的干涉光谱；开启所述热风发生模块，并初始化所述热风发生模块产生的热风的温度和风速，以使所述热风发生模块根据所述光谱采集与分析模块发送的控制信号产生对应温度和风速的热风，所述热风作用于所述薄膜表面，用以将所述薄膜固定在所述传导光纤的输出端口的端面上；关闭所述热风发生模块，以使所述薄膜冷却固化，得到预置的光纤端面薄膜型气压传感器。进一步地，所述初始化所述热风发生模块产生的热风的温度和风速包括：将所述热风发生模块产生的热风的初始温度设置为与所述薄膜的材质的熔点匹配的温度，将所述热风发生模块产生的热风的风速设置为0。进一步地，所述关闭所述热风发生模块之前，还包括：所述光谱采集与分析模块根据预置的薄膜厚度计算公式和反射光的光波长计算得到当前所述薄膜的厚度；判断当前所述薄膜的厚度是否大于预置的薄膜厚度，若大于，则生成增大风速的控制信号给所述热风产生模块，以使所述热风发生模块根据所述控制信号增大产生的热风的风速，若等于，则发送关闭信号给所述热风发生模块；则所述关闭所述热风发生模块包括：所述热风发生模块接收到所述关闭信号后，进行关闭操作。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：本专利技术实施例提供的制备装置和制备方法，能够根据薄膜的厚度控制热风发生模块发生的热风，从而进一步地控制薄膜的厚度，得到预置的薄膜厚度，最终得到预置的光纤端面薄膜型气压传感器。本专利技术实施例通过热风发生模块产生的热风精确控制所述薄膜的厚度，制造出的光纤端面薄膜型气压传感器精度高，同时制作方法简单，成本低。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种光纤端面薄膜型气压传感器的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种光纤端面薄膜型气压传感器的制备装置的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种光纤端面薄膜型气压传感器的制备方法的流程图；图4是本专利技术实施例提供的一种光纤端面薄膜型气压传感器的制备方法的实物流程图；图5是本专利技术实施例提供的光纤端面薄膜型气压传感器的反射光谱，以及与反射光谱相对应的光纤端面薄膜显微镜图像；图6a至图6d是本专利技术实施例提供的光纤端面薄膜型气压传感器的气压响应测试装置及测试结果。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。光纤传感器结构紧凑、灵敏度高，被广泛应用在工程
光纤端面FPI气压传感器依靠在光纤端面制作一个微米级长度的FP腔，从而使入射光在传导光纤与FP腔(Fabry-perotCavity，法布里-珀罗谐振腔)界面(界面Ⅰ)、FP腔界面和空气界面(界面Ⅱ)发生反射，两束反射光发生白光干涉并传导回传导光纤，从而在传导光纤反射光谱中出现白光干涉条纹，如示意图1所示。当外界气压变化时，FP腔材料受到压力变形，腔长L发生变化，从而干涉条纹发生漂移，通过检测某个干涉极大值或极小值处的波长变化，便可标定外界气压的变化。检测到的光强可以表示为：其中I1，I2分别是界面Ⅰ、Ⅱ反射回到单模光纤中的光强，λ是光波长，n是腔材料的有效折射率，是两束反射光的初始相位差。基于此，本专利技术实施例提供了如图2所示的一种光纤端面薄膜型气压传感器，包括光源模块10、光纤耦合器20、光谱采集与分析模块60、传导光纤30、薄膜40和热风发生模块50，其中；光源模块10的输出端口a1连接光纤耦合器20的第一端口b1，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤端面薄膜型气压传感器的制备装置，其特征在于，所述制备装置包括光源模块、光纤耦合器、光谱采集与分析模块、传导光纤、薄膜和热风发生模块，其中；所述光源模块的输出端口连接所述光纤耦合器的第一端口，用于产生预置波长的照射光，并将所述照射光通过所述输出端口发送给所述光纤耦合器；所述光纤耦合器的第二端口连接所述传导光纤的输入端口，所述光纤耦合器的第三端口连接所述光谱采集与分析模块的输入端口，用于对所述照射光进行耦合，并将耦合后的照射光发送给所述传导光纤；所述传导光纤的输出端口的端面包裹有所述薄膜，用于将所述耦合后的照射光传导到所述薄膜进行反射，并收集所述薄膜的反射光发送给所述光纤耦合器，以通过所述光纤耦合器将所述反射光发送给所述光谱采集与分析模块；所述光谱采集与分析模块的输出端口连接所述热风发生模块的输入端口，用于根据所述反射光的光波长和所述反射光的自由光谱宽度并通过预置的薄膜厚度计算公式计算得到所述薄膜的厚度，将所述薄膜的厚度与预置的薄膜厚度进行比较，根据比较结果生成控制信号并发送给所述热风发生模块；所述热风发生模块，用于根据所述控制信号产生对应温度和风速的热风，所述热风作用于所述薄膜表面，用以将所述薄膜的厚度控制至预置的薄膜厚度，并将所述薄膜固定在所述传导光纤的输出端口的端面上。...

【技术特征摘要】
1.一种光纤端面薄膜型气压传感器的制备装置，其特征在于，所述制备装置包括光源模块、光纤耦合器、光谱采集与分析模块、传导光纤、薄膜和热风发生模块，其中；所述光源模块的输出端口连接所述光纤耦合器的第一端口，用于产生预置波长的照射光，并将所述照射光通过所述输出端口发送给所述光纤耦合器；所述光纤耦合器的第二端口连接所述传导光纤的输入端口，所述光纤耦合器的第三端口连接所述光谱采集与分析模块的输入端口，用于对所述照射光进行耦合，并将耦合后的照射光发送给所述传导光纤；所述传导光纤的输出端口的端面包裹有所述薄膜，用于将所述耦合后的照射光传导到所述薄膜进行反射，并收集所述薄膜的反射光发送给所述光纤耦合器，以通过所述光纤耦合器将所述反射光发送给所述光谱采集与分析模块；所述光谱采集与分析模块的输出端口连接所述热风发生模块的输入端口，用于根据所述反射光的光波长和所述反射光的自由光谱宽度并通过预置的薄膜厚度计算公式计算得到所述薄膜的厚度，将所述薄膜的厚度与预置的薄膜厚度进行比较，根据比较结果生成控制信号并发送给所述热风发生模块；所述热风发生模块，用于根据所述控制信号产生对应温度和风速的热风，所述热风作用于所述薄膜表面，用以将所述薄膜的厚度控制至预置的薄膜厚度，并将所述薄膜固定在所述传导光纤的输出端口的端面上。2.如权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述制备装置还包括用于将所述传导光纤的输出端口的端面切割平整的光纤切割器，所述光纤切割器为机械式光纤切割刀或飞秒激光切割刀。3.如权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述光源模块为产生宽带光源的光源模块，所述宽带光源包括受激自发辐射光线光源或超连续光线光源。4.如权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述光纤耦合器包括至少三个端口，所述光纤耦合器为树形光纤耦合器、星型光纤耦合器或光纤环形器中的一种。5.如权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述光谱采集与分析模块为衍射光栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：何俊，王义平，张哲，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44