[发明专利]一种光纤F-P腔式动高压传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，特别是涉及一种大量程的基于光纤F-P腔的高压力高频响传感器。

背景技术

从20世纪70年代起，伴随着低损耗光纤的诞生和光纤通信技术的迅猛发展，光纤传感技术逐步发展成为世界各国竞相研究的高新技术之一。光纤传感器以光波作为信息载体，以光纤作为信息的传输介质，对被测参量进行传感测量。正是由于光纤传感器与传统的电子学传感器在信息载体、传输介质上的差别，决定了光纤传感器具有传统电子学传感器无法比拟的优势：1）光纤传感器是无源器件，电绝缘性好，抗电磁干扰同时又不产生电磁干扰，耐高压，耐腐蚀，不会产生火花、高温、漏电等不安全因素，在易燃易爆等恶劣环境下使用安全可靠；2）光纤极细而柔软，可制成非常小巧的光纤传感器用于特殊对象及场合的参数测量；3）光纤传感器可以串／并联复用，更重要的是还可以进行分布式传感测量，容易形成传感器网络或者阵列；4）光纤传感器可以埋入复合材料或结构中来实现材料、结构内部应变分布的实时监测，即制成光纤智能材料和结构；5）光纤传输光波损耗小，可以不受任何电磁干扰地实现远距离测量和控制。但目前能够直接用于恶劣环境下（如高温、高压、强电磁干扰等）动态高压测量的光纤传感器很少，如军工生产和战略战术武器研制领域的爆炸冲击波压力测量等。

在众多的光纤传感器中，光纤法布里-珀罗（Fabry-Perot，F-P）传感器是一个重要的分支。这是因为光纤F-P传感器以光纤F-P腔作为敏感元件，采用单根光纤、利用多束光干涉来检测被测量，属于相位调制型传感器。因此光纤F-P传感器具有结构简单、体积小、高可靠性、高灵敏度、快时间响应、单光纤信号传输等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤F-P腔式动高压传感器，利用光纤F-P腔的优势制作一种结构简单、成本低的大量程、高压力、高频响光纤压力传感器。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，所述的光纤F-P腔式动高压传感器，包括膜片体、上陶瓷插芯、支撑圆柱、安装壳体、下陶瓷插芯、插芯固定帽、导向定位杆、光纤、保护套和固定接头，膜片体固定在安装壳体前端后形成传感器的感压面，上陶瓷插芯位于支撑圆柱内，两者的上端面平齐并与膜片体紧密接触，支撑圆柱的下端面与安装壳体之间采用圆锥式接触面，下陶瓷插芯（带尾纤）通过插芯固定帽与导向定位杆固定在一起装入安装壳体内，上陶瓷插芯的下端面与下陶瓷插芯的上端面之间即形成F-P腔，保护套固定在安装壳体的下部，带有光纤护套的光纤通过固定接头固定于保护套下端。

所述的上陶瓷插芯下端面镀制了反射率约为35%的介质膜。

所述的下陶瓷插芯上端面镀制了反射率约为6%的介质膜。

所述的光纤是单模光纤。

所述的膜片体具有一凹腔，凹腔的底部与支撑柱上端面直接接触，凹腔的外表面刻有螺纹。

本发明的技术效果在于，两个陶瓷插芯的端面之间形成F-P腔，外界压力作用在感压膜片体上导致膜片体变形，进而压迫支撑圆柱变形，带动上陶瓷插芯运动，而下陶瓷插芯固定不动，即F-P腔长发生变化，通过这样的压力与腔长转换使得传感器的量程大，同时膜片体的尺寸较小，有助于感压膜片获得高固有频率，传感器的频响高；光波注入F-P腔和反射回光都经由同一光纤，光波被限制在光纤内，光路不受其他因素影响，使得传感器抗干扰能力强，性能稳定，且传感器作为单端器件，使用时连接方便；传感器的膜片体和安装壳体采用不锈钢材料经精加工而成，并采用耐高温、高强度的胶粘和螺纹连接，使制作出的传感器结构坚固，耐高温、耐强冲击振动，非常适合于爆炸等恶劣环境下使用。本发明结构简单，制作方便快捷，成本低，同时能够保证测量精度和可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为光纤F-P腔的反射光谱测量光路示意图。

图3为典型的光纤F-P腔式压力传感器反射光谱图。

图中：1、膜片体，2、上陶瓷插芯，3、支撑圆柱，4、安装壳体，5、下陶瓷插芯，6、插芯固定帽，7、导向定位杆，8、光纤，9、保护套，10为固定接头，11、宽带光源，12、三端口光纤环行器，13、待测光纤F-P腔，14、光谱分析仪。

具体实施方式

附图，说明本发明的具体实施例。