[实用新型]基于M-Z干涉的光纤气压传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于传感器领域，具体涉及一种基于M-Z干涉的光纤气压传感器。

背景技术

光纤传感器由于其独特的优势在生物医学、汽车制造业和环境监测等领域得到了普遍的应用，光纤气压传感器更是因其具有良好的多路复用能力、体积小、抗电磁干扰和易于信号探测等优点而受到了人们的广泛关注。各种结构的光纤气压传感器已经被报道，如基于边孔光纤的π相位偏移布拉格光纤光栅气压传感器、边孔双芯光子晶体光纤气压传感器和双折射塑料光纤气压传感器。近年来，法布里-珀罗(FP)干涉仪光纤气压传感器受到了广泛的研究，如在光纤端面上镀敏感膜结构的气压传感器、单芯和双芯光子晶体光纤结构的气压传感器和布拉格光纤光栅结构的气压传感器等。基于膜结构的FP腔气压传感器的气压灵敏度是由气压改变时所引起的FP腔腔长改变量决定的，而腔长改变量又与所使用膜的厚度相关，当使用的膜的厚度范围达到100-1000nm时，即可得到高的气压灵敏度。但是基于膜结构的气压传感器由于薄膜易破损和操作复杂等缺点而导致其使用受到了极大的限制。尽管使用单芯或双芯结构的光子晶体光纤可以得到坚固的光纤气压传感器，但是其气压灵敏度取决于气压改变所引起的二氧化硅材料折射率的改变，因此其气压灵敏度非常低，通常小于33pm/MPa。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于M-Z干涉的光纤气压传感器，其具有制备简单、灵敏度高、坚固等优点。

本实用新型所采用的技术方案是：基于M-Z干涉的光纤气压传感器，包括宽带光源、光纤光谱仪和马赫-曾德干涉仪，其特征在于：所述的马赫-曾德干涉仪包括凹锥型光纤，在凹锥型光纤中心有一个圆形空气腔，且空气腔上方有一个直径为2-4um的小孔，使空气腔与外部连通；马赫-曾德干涉仪两端经单模光纤分别与宽带光源和光纤光谱仪连接。

本实用新型的有益效果是：

1.传感器整体材料为单模光纤，且制备过程中只需使用飞秒激光器和普通商用光纤熔接机，具有成本低、制备简单的优点。

2.制备时，对单模光纤本身进行了微加工和拉锥处理，从而在进行传感测试时能够激发更多的高阶模，因此气压灵敏度比一般的光纤传感器高出了一个量级。

3.制备时，由于是微加工处理，在纤芯部分聚焦出的空气腔与整个光纤相比尺寸较小，且在空气腔上打的小孔直接仅为2-4um，因此所述传感器比一般光纤传感器坚固。

附图说明

下面结合附图及具体方式对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的光纤干涉仪结构图；

图2是光纤传感器测试系统示意图；

图中：1.马赫-曾德干涉仪，2.凹锥型光纤，3.空气腔，4.小孔，5.宽带光源，6光纤光谱仪。

具体实施方式

图1中，基于M-Z干涉的光纤气压传感器，包括宽带光源5、光纤光谱仪6和马赫-曾德干涉仪1，其特征在于：所述的马赫-曾德干涉仪1包括凹锥型光纤2，在凹锥型光纤2中心有一个圆形空气腔3，且空气腔3上方有一个直径为2-4um的小孔4，使空气腔3与外部连通；马赫-曾德干涉仪1两端经单模光纤分别与宽带光源5和光纤光谱仪6连接。

如图2所示，进行气压传感实验时，将马赫-曾德干涉仪1密封在一个气室中，气室中的气体由小孔4进入到空气腔3中，当宽带光源发出的光进入马赫-曾德干涉仪1后，一部分光进入空气腔3，以腔模的形式传播，另一部分光进入包层，以包层模的形式传播，腔模和包层模在空气腔的另一端相遇并形成干涉。气压灵敏度的公式为：其中λ为光在真空中的波长；为包层模和腔模的折射率之差，为空气腔折射率的气压相关系数。当气室中的气压改变，空气腔3中气压变化，其中气体的折射率发生变化，从而包层模和腔模的折射率之差改变，表现在光纤光谱仪即为光谱波峰的漂移，通过测量输出中心波长的漂移量即可实现气压的传感测量。