[实用新型]一种基于单模-多模-单模结构的马赫-曾德干涉仪光纤气压传感器

说明书

本实用新型公开了一种基于单模‑多模‑单模结构的马赫‑曾德干涉仪光纤气压传感器，其特征在于：该传感器由单模光纤1、多模光纤、单模光纤2依次熔接而成，其中多模光纤内部有一空气腔，且在其上方有一微通道，使得空腔与外界空气相通，从而可保持与外界气压一致。应用时，将传感器置于待测气压的空间中，利用光纤光谱仪测量其输出光谱即可解调出待测气压的变化值。本实用新型具有灵敏度高、制作成本低和结构紧凑且坚固等优点，可应用于气压的高精度测量。

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于单模-多模-单模结构的马赫-曾德干涉仪光纤气压传感器。

背景技术

压力测量在医药、汽车制造业和井下油气勘探等领域有着重要的应用。现有的气压传感器主要有电子气压传感器和光纤气压传感器。电子气压传感器作为传统的气压传感器，主要分为压阻式传感器和谐振式气压传感器两类。压阻式传感器是利用压力敏感元件受力时，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出，其具有体积小、灵敏度高的优点，但受温度影响大且制作工艺复杂、造价高。谐振式气压传感器是将谐振元件所受的压力值转换为频率信号的传感器，当外界气压发生变化时，振动元件的固有振动频率随之改变，通过相应的测量电路，就可得到与压力值成一定关系的电信号。谐振气压传感器具有精度高，结构紧凑等优点，但同样其加工工艺复杂，生产周期长，成本较高。

光纤传感器是近年发展起来的新型传感器，与传统的传感器相比，光纤气压传感器具有温度稳定性好、抗电磁干扰和安全性高等独特优势。因此，光纤传感器尤其适合在高温、易爆等恶劣环境下进行压力测试。各种结构和制造技术已被应用于制备不同类型的光纤气压传感器，包括基于边孔光纤结构的传感器，在单模光纤上刻写布拉格光纤光栅结构的传感器，高双折射微结构光纤传感器和基于光子晶体光纤的萨格纳克干涉仪传感器等。许多不同结构的光纤气压传感器已经被报道，如Duan等人在两段单模光纤中间大面积错位熔接一段单模光纤，形成了一种简易的FP腔气压传感器，但由于错位面积过大，使得传感头部分非常脆弱易断；Ma等人通过单模光纤与一节毛细管相熔接，并对其进行拉锥、加压和放电等处理形成了一种微腔气压传感器，其温度稳定性非常高，但制作过程过于繁琐且气压灵敏度较低；Dai等人在单模光纤上熔接一节毛细管，并在毛细管末端镀一层石墨烯膜，形成了一种微型气压传感器，其灵敏度非常高，但石墨烯膜非常薄、容易破损且制作成本较高。所以，当前光纤气压传感器的发展仍有很多问题亟待解决。

发明内容

为了解决以上现有技术的不足，本实用新型提出一种基于单模-多模-单模结构的马赫-曾德干涉仪光纤气压传感器，具有灵敏度高、制作成本低、结构紧凑且坚固等优点。

本实用新型所采用的技术方案：一种基于单模-多模-单模结构的马赫-曾德干涉仪光纤气压传感器，其特征在于：所述传感器由单模光纤1、多模光纤、单模光纤2依次熔接而成，其中多模光纤部分的总长度为1-2mm，内部有一空腔，其沿光纤轴向长为20-25μm、径向长为10-15μm，位于偏离中心一侧，且在空腔上方有一微通道，直径为10-15μm，使空腔与外界空气相通。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

1、本传感器的制备只涉及到单模光纤和多模光纤的熔接，制作成本低廉、工艺简单，且传感器结构紧凑、坚固。

2、本实用新型中的多模光纤由两段等长的多模熔接而成，其熔接断面处有一空腔与外界空气相通，可有效感知外界气压的变化，从而用于气压传感。

3、本传感器基于多模干涉原理，其输出光谱中干涉波谷的3dB带宽极窄，为气压的高精度测量提供了保证

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的结构示意图；

图中：1.单模光纤1，2.多模光纤，3.微通道，4.空腔，5.单模光纤2。