一种光纤气体压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种光纤气体压力传感器及其制备方法，包括宽带光源、环形器以及光纤光谱分析仪，所述环形器具有进口端、出口端以及反馈端三个接口，所述进口端和宽带光源连接，所述反馈端和光纤光谱分析仪连接，所述出口端和分光器的进口端连接，所述环形器的出口端和传感器连接，传感器均包括外壳，和嵌套于所述外壳内的腔体，所述腔体内安装有单模光纤和空气腔以及毛细管，单模光纤的一侧连通有分光结构，所述空气腔内弹性连接有弹片。本发明专利技术既可以同时也可以单独对气压或温度测量，继而实现测量气体压力时消除环境温度的影响，还可以多组同时检测，检测在不同气压和温度下的数据，从而消除单一数据带来的误差影响，提高数据检测的准确性。测的准确性。测的准确性。

An optical fiber gas pressure sensor and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种光纤气体压力传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，具体为一种光纤气体压力传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]在传统大气压力测量领域，多采用力平衡式、谐振式和压阻式的气压传感技术。与之相比，光纤气压传感器因其具有体积小、抗电磁干扰、耐高温、化学稳定性强、可调参数多这些优点，越来越受到市场上的广泛关注。现有技术中有很多关于光纤气体压力传感器的专利技术，例如申请公布号为CN108572047A的一种基于多个法布里
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珀罗微腔的光纤气压传感装置，该专利技术通过传感头接收来自宽带光源发出的经由环形器传递的光，当光从单模光纤的一侧入射时发生多光束干涉。由于从单模光纤的纤芯到毛细管的折射率变化，在毛细管薄层前壁处发生第一次反射，随后又因为毛细管薄层到空气的折射率的变化，在毛细管薄层后壁处发生第二反射，部分透射光进入球形空气腔并被球型空气腔后壁反射，另一部分光沿着毛细管的薄壁传播并被毛细管切割端面反射。当传感器头受到气体压力或温度变化时，腔长度或腔介质折射率将改变，这导致法布里
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珀罗腔的光程差的变化并导致输出光谱图案漂移。由于在输出光谱中存在多个波谷，可以通过跟踪两个波谷波长的漂移来实现气体压力和温度的同时检测，且传感头的气压灵敏度较高，气压测量范围也较大。但是还存在如下不足：由于单模光纤的特点，只能通过一根光纤，当传感器头在测量压力时，会受到温度
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压力交叉敏感性影响，检测的结果与真实数据存在较大差异且单一检测数据误差大，数据不准确。r/>
技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种既可以分开检测温度和压力，避免温度
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压力交叉敏感性对检测数据的影响，又可以多组同时和多次检测，提高检测数据的准确性的光纤气体压力传感器及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种光纤气体压力传感器，包括宽带光源、环形器以及光纤光谱分析仪，所述环形器具有进口端、出口端以及反馈端三个接口，所述环形器的进口端和宽带光源连接，所述环形器的反馈端和光纤光谱分析仪连接，所述环形器的出口端通过分光器和传感器连接或直接连接传感器，所述传感器均包括外壳，和嵌套于所述外壳内的腔体，所述腔体内安装有单模光纤和空气腔以及毛细管，所述单模光纤的一侧连通有分光结构，所述空气腔内弹性连接有作为弹性膜片感受压力的弹片，所述弹片另一侧连接有所述毛细管，所述毛细管的另一端连接有能够调节气体压力和温度的调节装置。
[0006]优选的，所述传感器分为上下对称的第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和第二传感器内均包括空气腔和毛细管，所述调节装置包括气压调节器和温度调节器，其中一个所述毛细管的另一端和所述气压调节器连接，另一个所述毛细管的另一端和所述温度调节器连接。
[0007]优选的，所述单模光纤包括光纤纤芯和包裹在所述光纤纤芯外层的单模光纤包层，所述分光结构包括罩体和圆盘，所述罩体的一侧开设有通孔，用于所述光纤纤芯通过，所述圆盘和所述罩体的另一侧固定连接，所述圆盘体表上等距离开设有若干透光孔。
[0008]优选的，所述空气腔为所述毛细管在熔接机连续放电作用下部分膨胀而成，所述单模光纤和毛细管的熔接面形成毛细管薄层。
[0009]优选的，所述毛细管薄层包括毛细管薄层前壁和毛细管薄层后壁。
[0010]优选的，所述空气腔包含空气腔后壁，对所述弹片的底面进行抛光，可作为空气腔后壁。
[0011]优选的，所述第一传感器和第二传感器均包括所述空气腔，且共用1个所述毛细管，所述毛细管的另一端和所述气压调节器或所述温度调节器连接。
[0012]优选的，所述传感器为第一传感器或第二传感器，所述第一传感器或第二传感器内仅有1个所述空气腔和两个毛细管，所述毛细管的另一端连接有所述气压调节器和温度调节器。
[0013]优选的，所述传感器为第一传感器或第二传感器，所述第一传感器或第二传感器内仅有1个所述空气腔和毛细管，所述毛细管的另一端连接有转换接头，所述转换接头用于插接所述气压调节器或所述温度调节器。
[0014]为实现上述目的，本专利技术还提供如下技术方案：
[0015]一种光纤气体压力传感器的制备方法，该光纤气体压力传感器按以下步骤制备：
[0016]在罩体上开设通孔，在圆盘体表上等距离开设若干透光孔，将罩体和圆盘焊接为一体形成分光结构；
[0017]在弹片未与毛细管连接的一面进行抛光处理；
[0018]将单模光纤与毛细管放置在光纤熔接机的两端，在熔接机提供的两端应力作用下，毛细管端面紧贴单模光纤端面，在放电功率为45bit，放电时间为3s的熔接模式下进行连续放电，直至毛细管的一部分膨胀为空气腔，并且在单模光纤和毛细管的熔接处形成毛细管薄层；
[0019]在空气腔内安装弹片，弹片的一端和毛细管连接；
[0020]将形成的空气腔和单模光纤安装在分光结构的两侧，将单模光纤、空气腔、分光结构和毛细管以及毛细管薄层安装在腔体内，构成传感器，将该传感器封装在外壳内。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]第一传感器和第二传感器由毛细管薄层前壁和毛细管薄层后壁以及空气腔后壁这三个主要的反射面构成，第一传感器和第二传感器具有两个单独的空气腔，其中一个空气腔和气压调节器连接，通过对气压调节器的压力调节，第一传感器和第二传感器的空气腔的长度有变化，另一个空气腔和温度调节器连接，通过对温度调节器的温度调节，第一传感器和第二传感器的空气腔的腔介质折射率有变化，故两个空气腔的光程差产生变化并导致光纤光谱分析仪输出光谱图案漂移，通过对气压调节器的气压调节，第一传感器和第二传感器可以通过跟踪波长的漂移来实现气体压力的检测，而通过对温度调节器的温度调节，第一传感器和第二传感器可以跟踪波长的漂移来实现对气体温度的检测，因此可以用第一传感器和第二传感器对气压和温度同时测量，当只有一个空气腔时，还可以利用转换接头单独对气压或温度测量，继而实现光纤压力传感器测量气体压力时消除环境温度的影
响，因为分光结构的作用，还可以多组同时检测，当然还可以把气压调节器和温度调节器调成多组不同的数据，检测在不同的气压和温度下检测的结果，从而消除单一数据带来的误差影响，提高数据检测的准确性。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1的硬件系统示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例1的传感器的结构示意图；
[0025]图3为本专利技术分光结构的示意图；
[0026]图4为本专利技术光纤气体压力传感器的制备方法流程图；
[0027]图5为本专利技术实施例2的硬件系统示意图；
[0028]图6为本专利技术实施例2的传感器的结构示意图；
[0029]图7为本专利技术实施例3的硬件系统示意图；
[0030]图8为本专利技术实施例3的传感器的结构示意图；
[0031]图9为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤气体压力传感器，包括宽带光源(1)、环形器(2)以及光纤光谱分析仪(3)，所述环形器(2)具有进口端、出口端以及反馈端三个接口，所述环形器(2)的进口端和宽带光源(1)连接，所述环形器(2)的反馈端和光纤光谱分析仪(3)连接，其特征在于，所述环形器(2)的出口端和传感器连接，所述传感器均包括外壳(51)，和嵌套于所述外壳(51)内的腔体(52)，所述腔体(52)内安装有单模光纤(53)和空气腔(54)以及毛细管(57)，所述单模光纤(53)的一侧连通有分光结构(55)，所述空气腔(54)内弹性连接有作为弹性膜片感受压力的弹片(56)，所述弹片(56)另一侧连接有所述毛细管(57)，所述毛细管(57)的另一端连接有能够调节气体压力和温度的调节装置。2.根据权利要求1所述的一种光纤气体压力传感器，其特征在于，所述传感器分为上下对称的第一传感器(5)和第二传感器(6)，所述第一传感器(5)和第二传感器(6)内均包括空气腔(54)和毛细管(57)，所述调节装置包括气压调节器(7)和温度调节器(8)，其中一个所述毛细管(57)的另一端和所述气压调节器(7)连接，另一个所述毛细管(57)的另一端和所述温度调节器(8)连接。3.根据权利要求1所述的一种光纤气体压力传感器，其特征在于，所述单模光纤(53)包括光纤纤芯(531)和包裹在所述光纤纤芯(531)外层的单模光纤包层(532)，所述分光结构(55)包括罩体(551)和圆盘(552)，所述罩体(551)的一侧开设有通孔(553)，用于所述光纤纤芯(531)通过，所述圆盘(552)和所述罩体(551)的另一侧固定连接，所述圆盘(552)体表上等距离开设有若干透光孔(554)。4.根据权利要求1所述的一种光纤气体压力传感器，其特征在于，所述空气腔(54)为所述毛细管(57)在熔接机连续放电作用下部分膨胀而成，所述单模光纤(53)和毛细管(57)的熔接面形成毛细管薄层(58)。5.根据权利要求4所述的一种光纤气体压力传感器，其特征在于，所述毛细管薄层(58)包括毛细管薄层前壁(581)和毛细管薄层后壁(582)。6.根据权利要求1所述的一种光纤气体压力传感器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭，孙长伟，樊琼星，董坤，王艳春，
申请(专利权)人：蚌埠学院，
类型：发明
国别省市：