非声学的光压力传感器的时分复用阵列制造技术

一种利用非声学的光压力传感器的压力测量装置，具有产生冲光信号的激光光源，脉冲光信号沿光缆传输到光压力传感器的阵列。多个光耦合器与光传输光缆连接，以便分出至少一部分脉冲光信号。每个光耦合器包括光压力传感器和压敏反射器，脉冲光信号的分路部分被传输到光压力传感器和反射器中。每个光压力传感器把压力指示信号反射回到光耦合器中，同时压敏反射器把参考信号反射回到光耦合器中。将压力指示信号与参考信号比较以确定作用于光压力传感器的压力。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及非声的光压力传感器，特别是用于测量在沿阵列路径的多个位置上的压力的非声学的光压力传感器阵列。在减小压力传感器尺寸的领域中，使用压阻或电容读出装置测量压力是众所周知的。在压阻压力传感器中，膜片受施加的压力作用，并且通过测量膜片上的机械应变来确定作用于膜片上的压力量。检测膜片机械应变的状态存在大量的问题。例如，这种类型的传感器具有对封装受力大的交叉敏感性，因而限制了传感器的准确性。此外，电阻元件导致在高温反映高温作用的温度灵敏度也是不准确的。电容压力传感器使用设置在膜片与邻近的第二薄板之间的可变间隙电容器。当压力作用于膜片时，利用可变间隙电容器的容量测量膜片的偏移量以确定作用于膜片上的压力。这些压力传感器也具有许多缺点。首先需要用电操作这些传感器以获得所需的测量值。在某些情况下，例如要求在长距离传输的远距离位置上，向压力传感器供电是不方便或不可行的，以致这些压力传感器不能总是被可靠利用。此外，这种压力传感器除了对封装应力敏感外，温度对其读数的影响也使它们在高温应用状态下不能准确地进行测量。电传感器需要由导电材料构成的电触点附在传感器上，这限制构成这些触点所使用的材料的某些可能性。因而，在极端的环境中，如高腐蚀性环境中，在防止腐蚀环境的同时制造具有预定灵敏度的电触点的压力传感器是困难的并且很昂贵。许多设计得非常精确的现有压力传感器是很昂贵的。例如，使用石英谐振频率器件的现有压力传感器(谐振频率是施加在传感器上压力的函数)在0.5psi具有一英寸深度的精确性。这些谐振频率压力传感器是大而昂贵的。从而使它们不适于在有限空间的应用。为了减小与电压力传感器相关的有害影响，已经利用无触点光压力传感器去减小恶劣环境和高温对压力传感器灵敏度的影响。这种光压力传感器利用光波长的干涉现象确定作用于其上的压力。光波长发送到光传感器上，其中压敏镜被设置在干涉仪内。当作用于压敏镜上的压力改变压敏镜的位置时，干涉仪内的间隙变化，从而使干涉仪内的光波长干涉变化。通过把干涉的光信号与预定值比较，确定作为干涉的函数的压力。然而，当光波长长距离传播时会在光信号中发生噪声和损耗。由于信号中出现相关的损耗和噪声，因此与预定值比较的干涉光信号不是传感器输出的同等信号。不准确的压力测量可以由这种类型的压力传感器造成。因此，需要一种非电的和无触点的压力传感器，它不受与需要电连接的现有压力传感器相关的不利因素的影响。此外，还需要不受与发送光信号相关联的损耗影响的极精确的小型压力传感器。本专利技术的主要目的是克服与现有技术相关的上述缺点。本专利技术的另一个目的是提供一种使压力传感器灵敏度受恶劣环境和高温的影响最小的非电压力传感器。本专利技术的再一个目的是提供一种成本低的小型的和精确的光压力传感器。本专利技术的再一个目的是提供一种光压力传感器，它可以通过计算与长距离传输光压力信号关联的噪声和损耗，在远距离位置上获得极准确的压力测量。本专利技术的再一个目的是提供一种光压力传感器，它利用了与远距离位置的光压力信号一同传输的参考信号，以便计算与传输信号的距离相关的噪声和损耗。本专利技术的再一个目的是提供一种光压力传感器的阵列，使准确的压力测量在各个远距离位置上确定并沿单光路径传输。本专利技术的上述的以及附加的目的和优点通过提供一种使用非声的光压力传感器的压力测量装置和方法来实现的，所述的非声学的光压力传感器具有生成沿光传输光缆传输的脉冲光信号的激光光源。光耦合器与光传输光缆连接，用于至少把一部分经光传输光缆传播的脉冲光信号分离出来。光压力传感器与光耦合器连接，其中，所述的脉冲光信号的分路部分被传输到光压力传感器中。光压力传感器接收脉冲光信号的分路部分并把压力指示信号反射到光耦合器。压力指示信号是作用于光压力传感器上的压力的函数。经光耦合器传播的脉冲光信号的分路部分还被传递到与光耦合器连接的压敏反射器上。压敏反射器接收脉冲光信号的分路部分并把大体与脉冲光信号的分路部分相等的参考信号反射到光耦合器上。压力指示信号和参考信号作为一对非重叠脉冲信号经光耦合器反射，使之进入光传输光缆。信号检测器被安装在光传输光缆上，用于恢复代表经光传输光缆传播的压力指示信号/参考信号对。恢复的压力指示信号与恢复的参考信号比较以确定作用于光压力传感器的压力，该传感器输出代表预定压力的信号。在另一个实施例中，多个光耦合器在相互隔开的多个位置上与光传输光缆连接，以便在沿光传输光缆分布的这些位置上分离出来至少一部分脉冲光信号。多个光耦合器的每个包含各自的光压力传感器和压敏反射器，以便多个非重叠信号对被传送到光传输光缆上。这样就使压力在沿光缆分布的多个位置上被测量。多个非重叠信号对被时分多路复用，以便可以恢复来自单光传输光缆的每对信号，而且没有相互干扰的信号对。相信具有新颖性的本专利技术的目的和特点在权利要求书中作了详细说明。通过下面的结合附图的说明可以进一步理解本专利技术的结构和工作方式以及其它目的和优点。参考标号在整个附图中表示相同的部件。附图说明图1是本专利技术的光压力传感器的TDM阵列的优选实施例的示意图；图2是经图1所示的光压力传感器的阵列的光传输光缆传播的脉冲光信号的示意图；图3是从图1所示的光压力传感器的阵列的返回信号的示意图。以下的说明能使本领域的技术人员作出和使用本专利技术，并说明了实现本专利技术的专利技术人所设想的最佳方式。由于这里已经详细解释了本专利技术的基本原理，以提供精确和经济有效的光压力传感器的阵列，因此本领域的技术人员将会容易地理解对本专利技术的各种改进。参照图1和图2，表示本专利技术的压力测量装置10的优选实施例的示意性布局。压力测量装置10包括一个激光光源12，用于生成脉冲光信号14并把脉冲光信号14发射到光传输光缆16中。脉冲光信号14沿连接激光光源12的诸如光纤光缆之类的光传输光缆16传输。在本专利技术的优选实施例中，光传输光缆16以单模光纤的形式构成。然而，本光传输领域的技术人员应该懂得也可以使用其它类似的光传输光缆。激光光源12最好是分布反馈(DFB)半导体激光器或相似的光源。脉冲光信号14最好具有1.3至1.55微米之间的波长，这是因为在这些波长上脉冲光信号14传播损耗和折射率低。当然也可以使用具有类似特性的其它波长。光耦合器18与光传输光缆16连接，用于分离经光传输光缆16传播的脉冲光信号14的至少一部分20。光耦合器18可以包括任何类型熔融光纤耦合器，从通过另一光纤传输的光分出光来。脉冲光信号14的分路部分20通过光分路器19，以便把脉冲光信号14的分路部分20均匀地分成两个独立的光纤通道21a和21b。光分路器19可以包括一个由标准单模光纤制成的双向3dB耦合器(如已知的Y耦合器或3dB分路器)。光分路器19具有两个分路输出21a和20b，其每一个接收送至光分路器19的脉冲光信号14的分路部分20的一半。光压力传感器22经光分路器19及其输出21a与光耦合器18连接，其中输出信号21a被传送到光压力传感器22中。光压力传感器22最好是B.Halg所著的名为“具有干涉光读出装置的硅压力传感器”的文章中公开的小型Fabry-Perot光压力传感器(在San Francisco召开的固态传感器和执行机构的国际会议上公开(IEEEact.n.91CH2817-5,pp.682-684)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用非声学的光压力传感器的压力测量装置，包括：一个激光光源，用于产生脉冲光信号；一个与所述的激光光源相连的光传输光缆，用于传输所述的脉冲光信号；一个与所述的光传输光缆连接的光分路器，用于把所述的脉冲光信号均等地分路成第一和第 二输出信号；一个与所述的光分路器连接的光压力传感器，用于接收所述的第一输出信号和把压力指示信号经所述的光分路器反射到所述的光传输光缆；一个与所述的光分路器相连的压敏反射器，用于接收所述的第二输出信号和把参考信号经所述的光分路器反射回 到所述的光传输光缆；一个信号接收装置，用于从所述的光传输光缆接收所述的压力指示信号和参考信号；和一个与所述的信号接收装置相连的压力确定装置，用于把所述的压力指示信号与所述的参考信号进行比较以确定作用于所述的光压力传感器的压力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：唐纳德A弗雷德里克，戴维B霍尔，
申请(专利权)人：利顿系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]