[发明专利]基于混合腔的F-P光纤干涉仪湿度与横向压力传感器

说明书

本发明是基于混合腔的F‑P光纤干涉仪湿度与横向压力传感器，包括导入光纤、空气泡腔和琼脂腔，导入光纤端面嵌入空气泡腔内，空气泡腔外表面远离导入光纤一侧粘覆有琼脂腔；导入光纤用于导入光源信号和传输反射光，导入光纤导入的光源信号在导入光纤端面与空气的分界面上发生第一次反射，第一次透射的光源信号经过空气泡腔在空气泡腔与琼脂腔的分界面上发生第二次反射，第二次透射的光源信号经过琼脂腔在琼脂腔与空气的分界面上发生第三次反射，第一次反射、第二次反射和第三次反射的光信号均通过导入光纤输出并发生干涉；通过湿度或压力变化导致的反射光谱强度的变化能够实现对湿度、横向压力的检测。该种传感器简单紧凑，可小型化，且制作成本低。

技术领域

本发明涉及F-P光纤干涉仪传感器技术领域，具体的说是基于混合腔的F-P光纤干涉仪湿度与横向压力传感器。

背景技术

光纤传感器具有结构简单紧凑、抗电磁干扰能力强、灵敏度高等诸多优点，被广泛应用于许多传感领域，例如温度、湿度、应变、横向压力、折射率传感等等。在诸多光纤传感器中，光纤Fabry-Perot干涉仪传感器有其独特的优点，可以实现温度非灵敏、双参数同时测量以及具有稳定性好等优点，因此光纤Fabry-Perot干涉仪传感器发展非常迅速。其中，对湿度的测量是一个重要的应用领域。根据现有的文献报道，在室温下，对相对湿度的测量可以达到4.20±0.02nm/％RH。同时，对横向载荷的高精度测量，也可以利用光纤干涉仪，比较方便的做法是利用单模光纤与SiO2微管相熔接，制成大尺寸空气泡腔。利用泡腔的对压力的应变来改变干涉的光程差，这一变化可以在光谱分析仪上被观测到，并且表征为谱线的移动，以此实现横向压力的高精度测量。对于双参数同时测量领域，也同样有文献的报道。例如有利用布拉格光栅制成的可以同时测量温度与湿度的Fabry-Perot高精度光纤传感器，其对于温度的测量精度达到了10.88pm/℃，同时它利用反射谱线的强度来表征相对湿度的变化，其精度也可以达到0.0682dB/％RH。但是，到目前为止，还没有文献报道出在光纤传感领域，有湿度与横向载荷的双参数高精度同时测量的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供基于混合腔的F-P光纤干涉仪湿度与横向压力传感器，该种湿度与横向压力传感器结合空气泡腔以及琼脂腔，由于空气泡腔对湿度不敏感但对横向压力敏感，琼脂腔对压力不敏感但对湿度敏感，可以同时测量湿度与横向压力数据。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

基于混合腔的F-P光纤干涉仪湿度与横向压力传感器，其特征在于：包括导入光纤、空气泡腔和琼脂腔，所述的导入光纤端面嵌入空气泡腔内，所述的空气泡腔外表面远离导入光纤一侧粘覆有琼脂腔；

所述的导入光纤用于导入光源信号和传输反射光，所述的导入光纤导入的光源信号在导入光纤端面与空气的分界面上发生第一次反射与第一次透射，第一次透射的光源信号经过空气泡腔在空气泡腔与琼脂腔的分界面上发生第二次反射与第二次透射，第二次透射的光源信号经过琼脂腔在琼脂腔与空气的分界面上发生第三次反射与第三次透射，第一次反射、第二次反射和第三次反射的光信号均通过导入光纤输出并发生干涉；

所述的空气泡腔在横向压力的作用下会产生形变；所述的琼脂腔吸湿后导致折射率和体积发生变化。

所述的空气泡腔采用SiO₂微管通过电弧放电的方法制成，所述的空气泡腔与导入光纤熔接；所述的空气泡腔的反射谱线的消光比大于10dB。

所述的琼脂腔采用琼脂胶体制成。

所述的导入光纤采用单模光纤。

一种制备基于混合腔的F-P光纤干涉仪湿度与横向压力传感器的方法，其特征在于：首先在导入光纤的端部制成空气泡腔，再通过端蘸法使琼脂腔与空气泡腔结合，具体步骤如下：

步骤1，将导入光纤一端与SiO₂微管采用光纤熔接机熔接；