[发明专利]一种光纤气体压力传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种光纤气体压力传感器及其制备方法，包括宽带光源、环形器以及光纤光谱分析仪，所述环形器具有进口端、出口端以及反馈端三个接口，所述进口端和宽带光源连接，所述反馈端和光纤光谱分析仪连接，所述出口端和分光器的进口端连接，所述环形器的出口端和传感器连接，传感器均包括外壳，和嵌套于所述外壳内的腔体，所述腔体内安装有单模光纤和空气腔以及毛细管，单模光纤的一侧连通有分光结构，所述空气腔内弹性连接有弹片。本发明既可以同时也可以单独对气压或温度测量，继而实现测量气体压力时消除环境温度的影响，还可以多组同时检测，检测在不同气压和温度下的数据，从而消除单一数据带来的误差影响，提高数据检测的准确性。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体为一种光纤气体压力传感器及其制备方法。

背景技术

在传统大气压力测量领域，多采用力平衡式、谐振式和压阻式的气压传感技术。与之相比，光纤气压传感器因其具有体积小、抗电磁干扰、耐高温、化学稳定性强、可调参数多这些优点，越来越受到市场上的广泛关注。现有技术中有很多关于光纤气体压力传感器的发明，例如申请公布号为CN108572047 A的一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置，该发明通过传感头接收来自宽带光源发出的经由环形器传递的光，当光从单模光纤的一侧入射时发生多光束干涉。由于从单模光纤的纤芯到毛细管的折射率变化，在毛细管薄层前壁处发生第一次反射，随后又因为毛细管薄层到空气的折射率的变化，在毛细管薄层后壁处发生第二反射，部分透射光进入球形空气腔并被球型空气腔后壁反射，另一部分光沿着毛细管的薄壁传播并被毛细管切割端面反射。当传感器头受到气体压力或温度变化时，腔长度或腔介质折射率将改变，这导致法布里-珀罗腔的光程差的变化并导致输出光谱图案漂移。由于在输出光谱中存在多个波谷，可以通过跟踪两个波谷波长的漂移来实现气体压力和温度的同时检测，且传感头的气压灵敏度较高，气压测量范围也较大。但是还存在如下不足：由于单模光纤的特点，只能通过一根光纤，当传感器头在测量压力时，会受到温度-压力交叉敏感性影响，检测的结果与真实数据存在较大差异且单一检测数据误差大，数据不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既可以分开检测温度和压力，避免温度-压力交叉敏感性对检测数据的影响，又可以多组同时和多次检测，提高检测数据的准确性的光纤气体压力传感器及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光纤气体压力传感器，包括宽带光源、环形器以及光纤光谱分析仪，所述环形器具有进口端、出口端以及反馈端三个接口，所述环形器的进口端和宽带光源连接，所述环形器的反馈端和光纤光谱分析仪连接，所述环形器的出口端通过分光器和传感器连接或直接连接传感器，所述传感器均包括外壳，和嵌套于所述外壳内的腔体，所述腔体内安装有单模光纤和空气腔以及毛细管，所述单模光纤的一侧连通有分光结构，所述空气腔内弹性连接有作为弹性膜片感受压力的弹片，所述弹片另一侧连接有所述毛细管，所述毛细管的另一端连接有能够调节气体压力和温度的调节装置。

优选的，所述传感器分为上下对称的第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和第二传感器内均包括空气腔和毛细管，所述调节装置包括气压调节器和温度调节器，其中一个所述毛细管的另一端和所述气压调节器连接，另一个所述毛细管的另一端和所述温度调节器连接。

优选的，所述单模光纤包括光纤纤芯和包裹在所述光纤纤芯外层的单模光纤包层，所述分光结构包括罩体和圆盘，所述罩体的一侧开设有通孔，用于所述光纤纤芯通过，所述圆盘和所述罩体的另一侧固定连接，所述圆盘体表上等距离开设有若干透光孔。

优选的，所述空气腔为所述毛细管在熔接机连续放电作用下部分膨胀而成，所述单模光纤和毛细管的熔接面形成毛细管薄层。

优选的，所述毛细管薄层包括毛细管薄层前壁和毛细管薄层后壁。

优选的，所述空气腔包含空气腔后壁，对所述弹片的底面进行抛光，可作为空气腔后壁。