一種f-p腔光纖壓力傳感裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種F-P腔光纖壓力傳感裝置，包括多個F-P腔光纖壓力傳感器，在控制器的控制下，波長掃描的光纖激光光源發(fā)出的每一種波長的光，都依次通過環(huán)型器和光開關后分別入射一個F-P腔光纖壓力傳感器；每個F-P腔光纖壓力傳感器產生的干涉譜依次經由光開關和環(huán)型器后被光電探測器接收，光電探測器輸出的模擬信號再被DAQ取樣卡模數轉換后發(fā)送給控制器，由控制器計算出壓力數值。本實用新型使用波長掃描光源作為所有F-P腔光纖壓力傳感器的光源，利用波長掃描光源的波長可讀性，與光電探測器配合即可獲得干涉光強最大值或最小值處的波長值，無需額外的解調器，降低了基于F-P腔光纖壓力傳感器的干涉解調儀成本，簡化了整個裝置。
【專利說明】—種F-P腔光纖壓力傳感裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種F-P腔光纖壓力傳感裝置，屬于光纖壓力傳感器領域。
【背景技術】
[0002]基于光纖Fabry-Perot (F-P)腔的壓力傳感器具有耐惡劣環(huán)境、抗電磁干擾、溫度交叉敏感性小等特點，適于在醫(yī)療、航空航天、橋梁建筑、高溫油井和國防等領域的壓力監(jiān)測應用。微型光纖F-P腔壓力傳感器通常有毛細管結構和膜片結構兩種?，F有的F-P微腔壓力傳感器需要使用專門的解調器對干涉光譜進行分析。
【發(fā)明內容】
[0003]發(fā)明目的:本發(fā)明提出一種F-P腔光纖壓力傳感裝置，降低了現有F-P腔光纖壓力傳感器及其解調儀的成本。
[0004]技術方案:本發(fā)明采用的技術方案為一種F-P腔光纖壓力傳感裝置的解調方法，包括以下步驟:
[0005]波長掃描光源所發(fā)出的每一種波長的光，都分別入射一個F-P腔光纖壓力傳感器；
[0006]根據波長掃描光源所提供的波長，以及每個F-P腔光纖壓力傳感器的干涉光強，即可找到干涉光強極值時的波長；
[0007]根據波長解調法計算出F-P腔光纖壓力傳感器所受到的壓力。
[0008]優(yōu)選地，所述多個F-P腔光纖壓力傳感器全部是光纖和膜片或光纖和光纖組成。
[0009]優(yōu)選地，根據波長掃描光源所提供的波長，以及每個F-P腔光纖壓力傳感器的干涉光強，即可找到干涉光強最大值時的波長。
[0010]優(yōu)選地，根據波長掃描光源所提供的波長，以及每個F-P腔光纖壓力傳感器的干涉光強，即可找到干涉光強最小值時的波長。
[0011]一種F-P腔光纖壓力傳感裝置，包括多個F-P腔光纖壓力傳感器，在控制器的控制下，波長掃描光源發(fā)出的每一種波長的光，都依次通過環(huán)型器和光開關后分別入射一個F-P腔光纖壓力傳感器；每個F-P腔光纖壓力傳感器產生的干涉譜依次經由光開關和環(huán)型器后被光電探測器接收，光電探測器輸出的模擬信號再被DAQ取樣卡模數轉換后發(fā)送給控制器，由控制器計算出壓力數值。
[0012]優(yōu)選地，所述波長掃描光源、DAQ取樣卡和光開關在控制器的控制下同步工作。所述控制器為計算機。
[0013]優(yōu)選地，所述多個F-P腔光纖壓力傳感器全部是由光纖和膜片或光纖和光纖組成。
[0014]優(yōu)選地，所述多個F-P腔光纖壓力傳感器是由光纖和膜片或光纖和光纖組成的F-P腔光纖壓力傳感器兩種類型的混合。
[0015]優(yōu)選地，所述F-P腔光纖壓力傳感器的最小F-P腔長dmin滿足: [讓]
sweep
[0017]式中Λ Aswmp是波長掃描光源的波長掃描范圍。
[0018]有益效果:本發(fā)明使用波長掃描光源作為所有F-P腔光纖壓力傳感器的光源，利用波長掃描光源的波長可讀性，與光電探測器配合即可獲得干涉光強最大值或最小值處的波長值，無需額外的解調器，降低了基于F-P腔光纖壓力傳感器的干涉解調儀成本，簡化了整個裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本征型F-P腔光纖壓力傳感器結構示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明一種F-P腔光纖壓力傳感裝置的結構示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明的工作原理圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等同形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0023]如圖1所示，F-P腔光纖壓力傳感器的基本結構是一個法布里-帕羅干涉儀，拋光良好的波導光纖Π端面與壓力敏感膜f2內表面形成F-P腔f3，腔長為d。光源發(fā)出的光通過波導光纖Π入射到光纖端面上，一部分光功率被波導光纖Π端面反射，其余光功率透射后，到達壓力敏感膜f2，被壓力敏感膜f2的內表面部分反射并耦合回到波導光纖fl內，光纖端面的反射光以及壓力敏感膜f2內表面的反射光發(fā)生干涉，干涉強度為:
[0024]Ir 1 1 丨 4i?2m/、
(1- ) V y
[0025]λ為光在真空中的波長。
[0026]壓力敏感膜f2在外界壓力的作用下發(fā)生形變，從而改變F-P腔f3的長度，引起干涉譜變化，通過測量干涉譜，對干涉光譜進行解調(需要額外的解調器)即可得到壓力敏感膜f2上的壓力變化。
[0027]如圖2所示，本發(fā)明一種F-P腔光纖壓力傳感裝置包括受到同一壓力作用的第一個F-P腔光纖壓力傳感器I至第N個F-P腔光纖壓力傳感器N(N傳感器總數)，這些光纖壓力傳感器通過光開關和環(huán)型器連接到波長掃描的光纖激光光源。同時波長掃描光纖激光光源、光開關都受到控制器的控制。在控制器的控制下，波長掃描光源以一定的步長，在Λ Aswrap的波長掃描范圍內連續(xù)掃描。不同波長的激光經過環(huán)型器被光開關依次耦合到第一個到第N個F-P腔光纖壓力傳感器。
[0028]每一個光纖壓力傳感器被光開關接通時，不僅激光進入到傳感器內，而且其產生的干涉譜也同時通過光開關和環(huán)型器被光電探測器接收。干涉譜隨后由DAQ取樣卡進行模數轉換后，即進入控制器進行數據處理和顯示。整個過程要求波長掃描光源、DAQ取樣卡和光開關同步。
[0029]目前比較流行使用波長解調法解調法布里-帕羅干涉譜。波長掃描光源發(fā)出一定譜寬的光，其形成的干涉光強的分布與F-P腔長d相關，如圖3所示，圖中橫坐標為光源波長，縱坐標為干涉光強。當壓力敏感膜f2移動減小了 F-P腔長d時，光譜谷就向短波長方向移動，如圖3中箭頭所示。
[0030]因此我們可以記錄下壓力敏感膜f2處于初始狀態(tài)時的，干涉光強與光波長的關系曲線。隨后在外部壓力的影響下，壓力敏感膜f2的位置發(fā)生變化，改變了 F-P腔長d，進而使干涉光強與光波長的關系曲線發(fā)生移動。按照波長解調法只要跟蹤圖3中某一個或者相鄰兩個、多個峰值的移動量，即可得到F-P腔長變化量。而峰值可以選擇干涉光強的最大值，也可以選擇最小值。
[0031]所以我們可以利用控制器所記錄下的每一個F-P腔光纖壓力傳感器的干涉光強以及該光纖壓力傳感器的輸入激光波長，尤其是干涉光強的最大值也就是峰值時的波長，可以直接由波長掃描光源得到。因此控制器根據現有的波長解調法，將峰值時的波長與初始狀態(tài)峰值的波長進行對比，即可直接計算出F-P腔長變化量，從而省去了解調器。而控制器可以使用計算機或其它嵌入式裝置。
[0032]壓力分辨率δ P主要取決于波長的分辨率δ λ ,如下公式表不，Δ λ sweep是波長掃描光源的波長掃描范圍(大約10nm)，則:
Cr, 說
[0033]SP = T~2-
[0034]Λ P是最大壓力測量范圍，其取決于膜片厚度和F-P腔f3的直徑，而腔長靈敏度δd可表示為
「 ? SdD4
[0035]— = P-r
δΡ Thickness
[0036]P為系數取決于膜片材料。為了保證掃描光譜區(qū)內至少有一個干涉譜波峰，最小的F-P腔長dmin為:
A 2
[0037]^min > —f~
sweep
[0038]對于13210nm波段掃描光譜范圍為IlOnm時，最短腔長為dmin = 7.8 μ m,實際應用中，為了確保任何情況下都有一個完整的干涉譜波峰，從而準確地確定波長，F-P腔長可設定為15 μ m。
【權利要求】
1.一種F-P腔光纖壓力傳感裝置，其特征在于，包括多個F-P腔光纖壓力傳感器，在控制器的控制下，波長掃描光源發(fā)出的每一種波長的光，都依次通過環(huán)型器和光開關后分別入射一個F-P腔光纖壓力傳感器；每個F-P腔光纖壓力傳感器產生的干涉譜依次經由光開關和環(huán)型器后被光電探測器接收，光電探測器輸出的模擬信號再被DAQ取樣卡模數轉換后發(fā)送給控制器，由控制器計算出壓力數值。
2.根據權利要求1所述的F-P腔光纖壓力傳感裝置，其特征在于，所述波長掃描光源、DAQ取樣卡和光開關在控制器的控制下同步工作。
3.根據權利要求1所述的F-P腔光纖壓力傳感裝置，其特征在于，所述控制器為計算機。
4.根據權利要求1所述的F-P腔光纖壓力傳感裝置，其特征在于，所述多個F-P腔光纖壓力傳感器由單模光纖和膜片組成或兩根光纖組成的FP腔。
5.根據權利要求1所述的F-P腔光纖壓力傳感裝置，其特征在于，所述多個F-P腔光纖壓力傳感器是由光纖和膜片或光纖和光纖組成的F-P腔光纖壓力傳感器兩種類型的混合。
6.根據權利要求1所述的F-P腔光纖壓力傳感裝置，其特征在于，所述F-P腔光纖壓力傳感器的最小F-P腔長dmin滿足:
A 2 式中△入SWMP是波長掃描光源的波長掃描范圍。
【文檔編號】G01L1/24GK204101218SQ201420530116
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權日:2014年9月15日
【發(fā)明者】劉得光, 錢亦非, 張益華 申請人:江蘇昂德光電科技有限公司