[发明专利]一种基于游标效应的光纤法布里珀罗传感器的增敏方法

说明书

一种基于游标效应的光纤法布里珀罗传感器的增敏方法，只需使用单个传感干涉仪获得实测的反射光谱，然后叠加上由计算机根据法布里珀罗干涉原理生成的参考干涉仪的反射光谱，就能实现游标效应。相较于通过并联结构实现游标效应的方法而言，本发明中将实测的传感干涉仪光谱与计算机中生成的参考干涉仪光谱叠加的方法更易于保持参考干涉仪光谱的稳定，使其不受所处环境的稳定性影响。更多的，由于可以通过设置参考干涉仪的腔长和折射率来控制放大倍数，因此在有效的光谱范围内，本发明可以实现任意的放大倍数和分辨率。

技术领域

本发明涉及一种基于游标效应的光纤法布里珀罗传感器的增敏方法，属于光纤传感检测的技术领域。

背景技术

传感器在科学技术领域、各种行业生产以及日常生活中发挥着重要的作用。传感器按照使用的材料可以分为半导体传感器，金属传感器，光纤传感器等。其中，光纤传感器是20世纪70年代末发展起来的一种新型传感器。由于光在光纤中传输时，光纤的外界环境参量会发生变化，如温度、压力、折射率等。这些环境参量会使得光纤的光波参数发生变化，比如光强、频率、波长等。光纤传感器依据环境参量的变化与光纤的光波参数的变化之间的对应关系，间接地测量所需的环境参量。目前，光纤法布里珀罗传感器由于具有低成本、小体积、高灵敏度、免疫电磁干扰以及适应高温、高压等恶劣环境的特点而被广泛应用于物理化学参量的测量中。

在光纤传感器实验中，有效地提高测量灵敏度是研究的重点。游标效应最初来源于游标卡尺的原理，其本质是差分法，后被应用于光子器件灵敏度的增大中，现被证实是一种有效的提高光纤传感器测量灵敏度的方法。游标效应可以使光纤法布里珀罗传感系统突破由传感器特性所限制的灵敏度极限，使测量灵敏度大大提高。基于游标效应的光纤法布里珀罗传感器的应用大部分是在两个干涉仪相邻的级联结构中，这种结构能使传感器高度集成，体积小而精巧。不足之处是两个干涉仪所处的环境基本一致，而环境温度对参考干涉仪的影响是不可避免的。这通常会导致游标效应的增敏效果减弱，甚至出现不可预估的非线性变化。最近，有研究人员提出了基于游标效应的并联结构的光纤法布里珀罗传感器，将传感干涉仪和参考干涉仪分开，使参考干涉仪可以远离传感环境。这降低了传感器的集成度，增加了搭建传感系统的复杂程度。同时，保持参考干涉仪所处环境的稳定显得极为重要但又难以实现。综上所述，目前实现游标效应需要参考干涉仪的存在，增加了传感结构的复杂性，而参考干涉仪所处环境的稳定性会影响到其反射光谱的稳定从而决定传感系统的性能优劣。

因此，确保参考干涉仪的光谱稳定是实现游标效应达到增敏效果的关键。在此基础上，使用基于游标效应的光纤法布里珀罗传感器的增敏方法在实际测量中也具有重要意义。

发明内容

为了解决实现游标效应时需要额外的参考干涉仪以及参考干涉仪所处环境的变化导致光谱不稳定的问题，本发明提供了一种基于游标效应的光纤法布里珀罗传感器的增敏方法。只需使用单个传感干涉仪获得实测的反射光谱，然后叠加上由计算机根据法布里珀罗干涉原理生成的参考干涉仪的反射光谱，就能实现游标效应。由于参考干涉仪的反射光谱由计算机生成，因此这种通过叠加光谱实现游标效应的方法解决了参考干涉仪的光谱稳定性问题，同时可以灵活地控制其增敏程度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于游标效应的光纤法布里珀罗传感器的增敏方法，包括以下步骤：

步骤1，设计单腔法布里珀罗传感器作为传感干涉仪，传感干涉仪的腔长为L₁，波长为λ的光从光源入射传感干涉仪，入射光在干涉腔的第一个反射面的反射光强为I₁，第二个反射面的反射光强为I₂，由光谱仪测量得到的传感干涉仪的反射光谱为I_s；