[发明专利]基于镀金光纤传感头的液压传感方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种基于镀金光纤传感头的液压传感方法。

背景技术

光纤的出现带来了人类通信和信息技术的革命性发展。在传感领域，光纤可以作为传感单位，通过在其中传播的光的特性来实现对外界物理量的传感，以此为基础的光纤传感技术已经得到广泛的重视。光纤传感技术在生物、医学、航天、航空、机械、石化、建筑、高铁、桥梁、国防工业等领域具有重要的应用潜力。

在光纤液压传感技术领域，目前发展比较成熟的是光纤布拉格光栅液压传感技术，改技术主要依赖于液压环境下光纤布拉格光栅反射波长的变化来实现液压传感，尽管做到很大的测量范围（几百兆帕），但是灵敏度不高。因此，发明一种基高灵敏度的液压传感方法及装置具有重要意义。

发明内容

本发明就是针对现有技术的不足，提出了基于一种基于镀金光纤传感头的液压传感方法。

本发明的方法包括以下步骤：

步骤(1)选择一个输出波长覆盖1500nm至1600nm的宽带光源、一个三端口光耦合器、一个工作波长覆盖1500nm至1600nm的光谱分析仪和一个镀金光纤传感头；

步骤(2)将宽带光源的输出端口和三端口光耦合器的第一个端口光纤连接；将该三端口光耦合器的第二个端口和光谱分析仪的输入端口光纤连接；将该三端口光耦合器的第三个端口和镀金光纤传感头光纤连接。所说的镀金光纤传感头有两段单模光纤和镀金薄膜组成。将一段长度不限的单模光纤和另外一段长度为L（5～50毫米）的单模光纤错位h（2～6微米）相熔接，将长度为L的单模光纤进行镀金，镀金厚度大于1微米。

当宽带光经过两段单模光纤的熔接点的时候，将在长度为L的单模光纤分成在外围的包层模式和中间的芯层模式两部分的光；之后在镀金的光纤端面的反射作用之下，两部分的光回到单模光纤熔接点的时候形成了干涉，最后在光谱分析仪上可以测出干涉光谱，其干涉峰值对应的波长为

其中为长度为L的单模光纤包层模式的有效折射率，为长度为L的单模光纤芯层模式的有效折射率。由于L，，均为液压的函数，因此液压变化的时候就会引起干涉峰值对应的波长的漂移，当我们从光谱分析仪测量获得波长有漂移量的时候，就可以得到液压的数值为：

其中为常数，可以根据单模光纤参数计算出来。因此，可以通过测量干涉峰值对应的波长的漂移来确定施加在镀金光纤传感头上的液压。

步骤(3)将镀金光纤传感头置入需要测量液压的液体环境。通过光谱分析仪测量干涉峰值对应的波长的漂移，从而计算液压。

本发明主要适用于测量液体中的液压，利用了镀金光纤传感头的干涉峰值波长随液压变化的特性，通过的干涉峰值波长的漂移量来确定液压数值大小，实现了液压传感。本发明具有不受电磁干扰、价格低廉、结构紧凑、制作工艺简单、高灵敏度本、适合医疗应用等优点。

附图说明

图1为本发明中光学器件连接结构示意图；

图2为镀金光纤传感头示意图；

图3为利用本发明测量所得的结果示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，基于镀金光纤传感头的液压传感装置包括一个宽带光源1、一个三端口光耦合器2、一个光谱分析仪3和一个镀金光纤传感头4。

将宽带光源1的输出端口和三端口光耦合器2的第一个端口光纤连接；将该三端口光耦合器2的第二个端口和光谱分析仪3的输入端口光纤连接；将该三端口光耦合器2的第三个端口和镀金光纤传感头4光纤连接。所说的镀金光纤传感头4由一段长度不限的单模光纤5、一段长度为L（5～50毫米）的单模光纤6和镀金薄膜7组成。将一段长度不限的单模光纤5和另外一段长度为L（5～50毫米）的单模光纤6错位h（2～6微米）相熔接，将长度为L的单模光纤进行镀金，镀金薄膜7厚度大于1微米。

利用该检测装置的液压传感方法包括以下步骤：

(1)选择一个输出波长覆盖1500nm至1600nm的宽带光源1、一个三端口光耦合器2、一个工作波长覆盖1500nm至1600nm的光谱分析仪3和一个镀金光纤传感头4；

(2)将宽带光源1的输出端口和三端口光耦合器2的第一个端口光纤连接；将该三端口光耦合器2的第二个端口和光谱分析仪3的输入端口光纤连接；将该三端口光耦合器2的第三个端口和镀金光纤传感头4光纤连接。

(3)将镀金光纤传感头4置入需要测量液压的液体环境。通过光谱分析仪3测量干涉峰值对应的波长的漂移，根据公式

计算确定液压。具体测量结果如图3所示。

本发明利用了普通的单模光纤错位熔接的技术实现了干涉光谱的获得，利用镀金技术提供了液压传感的灵敏度，并避免了外界液体对光纤传感的影响。本发明具有不受电磁干扰、价格低廉、结构紧凑、制作工艺简单、高灵敏度、适合医疗应用等优点。