法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔及應(yīng)用其的光纖壓強(qiáng)傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔及應(yīng)用其的光纖壓強(qiáng)傳感器。該光纖法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔包括：殼體；第一膜片，在其中心位置設(shè)置杯狀凸臺(tái)；第二膜片，在其中心位置設(shè)置柱形凸臺(tái)，柱形凸臺(tái)的外柱面和杯狀凸臺(tái)的內(nèi)筒面以共軸插接方式可滑動(dòng)匹配，杯狀凸臺(tái)的底面與柱狀凸臺(tái)的頂面之間形成一容積空間；光纖，穿過(guò)柱形凸臺(tái)伸入容積空間內(nèi)，其端面和杯狀凸臺(tái)的底面作為法布里-珀羅腔的兩個(gè)反射面；第一/第二膜片隨外界氣壓的變化而運(yùn)動(dòng)，從而柱形凸臺(tái)在杯狀凸臺(tái)內(nèi)前后運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而引起法布里-珀羅腔的腔長(zhǎng)發(fā)生變化。本發(fā)明中，杯狀凸臺(tái)的內(nèi)側(cè)壁與柱形凸臺(tái)外側(cè)壁共軸插接，可以保證膜片受到壓力時(shí)法布里-珀羅腔的兩個(gè)反射面始終平行。
【專利說(shuō)明】法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔及應(yīng)用其的光纖壓強(qiáng)傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣壓測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔及應(yīng)用其的光纖壓強(qiáng)傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]壓強(qiáng)傳感器是工業(yè)中的一種常用儀表，廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。
[0003]機(jī)械式壓強(qiáng)傳感器出現(xiàn)較早且目前較為常見(jiàn)，如水銀壓強(qiáng)傳感器、膜盒式壓強(qiáng)傳感器等。靈敏度低、不易數(shù)字化等問(wèn)題使得機(jī)械式壓強(qiáng)傳感器在許多領(lǐng)域無(wú)法應(yīng)用。電磁式壓強(qiáng)傳感器靈敏度相對(duì)較高，也易于數(shù)字化，如電力壓強(qiáng)傳感器、磁力壓強(qiáng)傳感器等。但在某些應(yīng)用環(huán)境下，如電磁波干擾、遭遇打雷天氣等，電磁式壓強(qiáng)傳感器常常出現(xiàn)測(cè)量不準(zhǔn)甚至損壞的狀況，往往不適合長(zhǎng)距離信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸和長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)
[0004]光纖壓強(qiáng)傳感器是利用光纖的傳光特性以及它與周圍環(huán)境相互作用產(chǎn)生的各種調(diào)制效應(yīng)，探測(cè)周圍環(huán)境壓強(qiáng)的儀器。它與傳統(tǒng)的機(jī)械式壓強(qiáng)傳感器和電磁式壓強(qiáng)傳感器相比，有以下主要優(yōu)勢(shì):氣壓靈敏度高、不受電磁干擾、體積小、重量輕，以及兼具信息傳感及光信息傳輸于一身等優(yōu)點(diǎn)。鑒于光纖壓強(qiáng)傳感器的如上技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可滿足各發(fā)達(dá)國(guó)家在航空航天、油氣勘探、氣象測(cè)報(bào)等領(lǐng)域的要求，目前各國(guó)已經(jīng)在此方面積極展開(kāi)研究。
[0005]基于法布里-珀羅干涉原理的光纖壓強(qiáng)傳感器以其體積小、可絕對(duì)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注。法布里-珀羅干涉是多光束干涉的一種，一般為一束光入射到兩面平行放置的具有特定反射率的反射鏡之間，發(fā)生多次反射后產(chǎn)生干涉輸出。由這樣的兩面反射鏡所構(gòu)成的裝置被稱為法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具或法布里-珀羅腔。
[0006]目前大多數(shù)光纖壓強(qiáng)傳感器的法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔是由一根光纖的端面和一個(gè)具有特定反射率的壓強(qiáng)敏感膜片的表面或者安裝在該彈性膜片上的反射鏡構(gòu)成，即膜片式光纖壓強(qiáng)傳感器。這種傳感器的壓強(qiáng)靈敏度隨膜片的材料、尺寸的改善而提高。近年來(lái)研究學(xué)者們?cè)谀て牟牧虾统叽绲倪x擇上做到了極大的優(yōu)化。但是，在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有改進(jìn)使得單膜片式光纖壓強(qiáng)傳感器壓強(qiáng)靈敏度無(wú)法進(jìn)一步提高。因此，如何在膜片的材料和尺寸已優(yōu)選情況下，通過(guò)改善光纖壓強(qiáng)傳感器結(jié)構(gòu)提高氣壓靈敏度，是光纖壓強(qiáng)傳感器進(jìn)一步發(fā)展的研究趨勢(shì)和技術(shù)難題。
[0007]2005年，劉木林等人研究指出法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔兩反射面的不平行度對(duì)干涉光強(qiáng)分布、峰值強(qiáng)度大小和峰值強(qiáng)度的位置有很大影響(劉木林，吳正茂，夏光瓊，高斯光束斜入射非平行法布里-珀羅干涉儀后的透射光強(qiáng)分布，光學(xué)學(xué)報(bào)，2005，25(1):109-114)。膜片的不規(guī)則變形使得常見(jiàn)的膜片式光纖法布里-珀羅傳感器均存在這一問(wèn)題。2010年，江俊峰、劉鐵根等人分別通過(guò)在膜片上粘貼短光纖和設(shè)置平面一球形點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)來(lái)嘗試彌補(bǔ)此缺點(diǎn)(中國(guó)專利，CN101832832A ;CN101858809A)，不過(guò)由于光纖法布里-珀羅傳感器尺寸普遍較小，這些方法可操作性很差，并沒(méi)有較好地解決該問(wèn)題。
[0008]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中， 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)由于法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔的腔面不平行導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)反射率低，由其制成的光纖壓強(qiáng)傳感器測(cè)量精度較差。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0010]鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔及應(yīng)用其的光纖壓強(qiáng)傳感器，以解決由于腔面不平行導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)反射率低的問(wèn)題。
[0011](二)技術(shù)方案
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔。該光纖法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔包括:殼體；第一膜片，沿垂直于殼體中心軸線的方向密封并固定于殼體內(nèi)，在其中心位置設(shè)置杯狀凸臺(tái)；第二膜片，沿垂直于殼體中心軸線的方向密封并固定于殼體內(nèi)，在其中心位置設(shè)置柱形凸臺(tái)，柱形凸臺(tái)的外柱面和杯狀凸臺(tái)的內(nèi)筒面以共軸插接方式可滑動(dòng)匹配，杯狀凸臺(tái)的底面與柱狀凸臺(tái)的頂面之間形成一容積空間；光纖，穿過(guò)柱形凸臺(tái)伸入容積空間內(nèi)，其端面和杯狀凸臺(tái)的底面之間構(gòu)成法布里-珀羅腔；其中，第一膜片和/或第二膜片隨外界氣壓的變化而運(yùn)動(dòng)，從而柱形凸臺(tái)在杯狀凸臺(tái)內(nèi)前后運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而引起法布里-珀羅腔的腔長(zhǎng)發(fā)生變化。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種應(yīng)用上述法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔的光纖壓強(qiáng)傳感器。該光纖壓強(qiáng)傳感器包括:光源模塊，提供測(cè)量光；光路轉(zhuǎn)換模塊，將測(cè)量光傳輸至法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔，并接收由該法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔的反饋光信號(hào)；信號(hào)處理模塊，對(duì)法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔的反饋光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理，輸出法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔所處環(huán)境的氣壓。
[0014](三)有益效果
[0015]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔及應(yīng)用其的光纖壓強(qiáng)傳感器具有以下有益效果:
[0016](I)第一膜片上的杯狀凸臺(tái)的內(nèi)側(cè)壁與第二膜片上的柱形凸臺(tái)外側(cè)壁共軸插接，可以保證膜片受到壓力時(shí)法布里-珀羅腔的兩個(gè)反射面始終平行；
[0017](2)法布里-珀羅腔的兩個(gè)端面分別安置在兩個(gè)膜片上，兩個(gè)結(jié)構(gòu)同時(shí)感受外界氣壓，提高膜片式光纖壓強(qiáng)傳感器的氣壓靈敏度；
[0018](3)采用全光測(cè)量方法，未采用任何電阻、電容等電學(xué)元件，可以在電磁干擾、打雷天氣等惡劣環(huán)境下可靠應(yīng)用，且適合于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸和長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為圖1所示法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔中杯狀凸臺(tái)與圓柱形凸臺(tái)插接的剖面示意圖；
[0021]圖3A為本發(fā)明法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔中三角形剖面凸臺(tái)插接的剖面示意圖；
[0022]圖3B為本發(fā)明法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔中十字形剖面凸臺(tái)插接的剖面示意圖；
[0023]圖3C為本發(fā)明法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔中四邊形剖面凸臺(tái)插接的剖面示意圖；[0024]圖3D為本發(fā)明法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔中六邊形剖面凸臺(tái)插接的剖面示意圖；
[0025]圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例光纖壓強(qiáng)傳感器的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖5為圖4所示光纖壓強(qiáng)傳感器的反射光譜圖。
[0027]【本發(fā)明主要元件符號(hào)說(shuō)明】
[0028]
100-法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔；
110- y I奇冗體；111 -壞形凸臺(tái)；112-孔；
120-第---膜片；121-杯狀凸臺(tái)；】22-反射；
130-第1:膜并I131 -柱形IjlIf?;140-,?強(qiáng)度密封膠；
150-,?強(qiáng)度密封膠；160-光纜；+〗61 -光纖； 1.62-法布m-Λ羅腔I 170-光纖引出結(jié)構(gòu)；180-端蓋; 190-螺釘； 200-光源模塊；300-光路轉(zhuǎn)換模塊；400-信號(hào)處理模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。
[0030]本發(fā)明法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔及應(yīng)用其的光纖壓強(qiáng)傳感器，在膜片的材料和尺寸已定情況下，通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，保證了前后腔面的平行，提高了測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度和測(cè)量精度。
[0031]在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1所示法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔中杯狀凸臺(tái)與圓柱形凸臺(tái)插接的剖面示意圖。
[0032]請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2，本實(shí)施例法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔包括:圓筒殼體110，作為該法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔的支撐結(jié)構(gòu)；第一膜片120，沿垂直于圓筒殼體110中心軸線的方向密封并固定于圓筒殼體110內(nèi)，在其中心位置設(shè)置杯狀凸臺(tái)121 ;第二膜片130，沿垂直于圓筒殼體110中心軸線的方向密封并固定于圓筒殼體110內(nèi)，在其中心位置設(shè)置圓柱形凸臺(tái)131,該圓柱形凸臺(tái)131的外圓柱面和杯狀凸臺(tái)121的內(nèi)圓筒面以共軸插接方式相匹配，杯狀凸臺(tái)121的底面與圓柱狀凸臺(tái)131的頂面之間形成一容積空間；光纖161，穿過(guò)圓柱形凸臺(tái)131伸入容積空間內(nèi)，用于導(dǎo)入初始光信號(hào)和導(dǎo)出反饋光信號(hào)；其中，杯狀凸臺(tái)121的底面和光纖161的端面構(gòu)成法布里-珀羅腔162，用于感受氣壓引起的腔長(zhǎng)變化。
[0033]本實(shí)施例法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔中，第一膜片上的杯狀凸臺(tái)的內(nèi)圓筒面與第二膜片上的圓柱形凸臺(tái)外圓柱面共軸插接，并且，杯狀凸臺(tái)121的內(nèi)側(cè)壁與圓柱形凸臺(tái)131的外側(cè)壁表面進(jìn)行過(guò)光滑處理，可以保證膜片受壓時(shí)不會(huì)在壁面間出現(xiàn)明顯的阻塞。通過(guò)上述設(shè)計(jì)，本實(shí)施例法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔中第一膜片120和/或第二膜片130受到壓力時(shí)法布里-珀羅腔的兩個(gè)反射面始終平行。
[0034]以下分別對(duì)本實(shí)施例法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔的各個(gè)組成部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0035]本實(shí)施例以圓筒形殼體為例進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不以此為限。該殼體的橫截面形狀還可以是橢圓形、矩形、梯形等其他形狀，同樣在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0036]第一膜片120和第二膜片130所用材料為彈性材料，如聚合物或金屬。第一膜片120和第二膜片130的尺寸和厚度依光纖壓強(qiáng)傳感器測(cè)量范圍及精度設(shè)定。一般情況下，第一膜片120和第二膜片130的厚度介于0.05mm?Imm之間。
[0037]請(qǐng)參照?qǐng)D2，圓筒殼體110的內(nèi)部包含有一環(huán)形凸臺(tái)111，第一膜片120和第二膜片130分別抵接在環(huán)形凸臺(tái)111的兩側(cè)。第一膜片120的外圍與圓筒殼體110內(nèi)部環(huán)形凸臺(tái)111的連接處涂有高強(qiáng)度密封膠140。同樣，第二膜片130的外圍與圓筒殼體110內(nèi)部環(huán)形凸臺(tái)111的連接處涂有高強(qiáng)度密封膠150，從而在第一膜片120和第二膜片130之間形成密封的空間。一般情況下，高強(qiáng)度密封膠140和高強(qiáng)度密封膠150為同一種膠水，如DL577。
[0038]請(qǐng)參照?qǐng)D3，杯狀凸臺(tái)121與圓柱形凸臺(tái)131所用材料均為剛性，為保證兩個(gè)凸臺(tái)順利插接，實(shí)際制作過(guò)程中杯狀凸臺(tái)121的內(nèi)徑要略微大于圓柱形凸臺(tái)131的外徑(略大
0.05?0.2_)。然而，此結(jié)構(gòu)在工作過(guò)程中，法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔易出現(xiàn)兩個(gè)凸臺(tái)不共軸的情況。為進(jìn)一步解決此問(wèn)題，設(shè)定杯狀凸臺(tái)121與圓柱形凸臺(tái)131其中一種使用彈性材料，另一種使用剛性材料，杯狀凸臺(tái)121的內(nèi)徑略微小于圓柱形凸臺(tái)131的外徑，利用彈性材料的伸縮性保證兩個(gè)凸臺(tái)側(cè)壁接近無(wú)空隙接觸，進(jìn)而保證凸臺(tái)共軸。其中，該彈性材料可以為橡膠等。該剛性材料可以為金屬、陶瓷等。杯狀凸臺(tái)121的內(nèi)徑小于圓柱形凸臺(tái)131的外徑約0.05?0.2_。
[0039]本實(shí)施例中，圓柱形凸臺(tái)131呈圓柱形,而杯狀凸臺(tái)121的剖面與其對(duì)應(yīng),但本發(fā)明并不以此為限。為進(jìn)一步減小工作時(shí)膜片中心旋轉(zhuǎn)變形，圓柱形凸臺(tái)131外柱面的剖面還可以設(shè)計(jì)為多邊形，如三角形、十字形、四邊形、六邊形等。杯狀凸臺(tái)121內(nèi)筒面的剖面與之互補(bǔ)，如圖3A至圖3D所示，只要杯狀凸臺(tái)的內(nèi)表面形狀與柱形凸臺(tái)外表面的形狀相匹配即可。
[0040]光纖161穿過(guò)圓柱形凸臺(tái)131，并通過(guò)膠水粘結(jié)或機(jī)械夾持等辦法固定在圓柱形凸臺(tái)131的軸線上。承受環(huán)境氣壓作用時(shí)，光纖161隨第二膜片130及圓柱形凸臺(tái)131做軸向運(yùn)動(dòng)。法布里-珀羅腔162的兩個(gè)反射面可以是光纖161的端面和杯狀凸臺(tái)121的內(nèi)表面本身，也可以是光纖161的端面和杯狀凸臺(tái)121內(nèi)表面上鍍制的反射面122，如金屬膜或介質(zhì)膜。此外，光纖161的端面是與光纖軸線垂直的平面，杯狀凸臺(tái)121的內(nèi)表面所提供的反射面是與凸臺(tái)軸線垂直的平面，保證杯狀凸臺(tái)121與圓柱形凸臺(tái)131共軸插接時(shí)法布里-珀羅腔162的兩個(gè)反射面保持平行。
[0041]請(qǐng)參照?qǐng)D1，第一膜片120直接與外界環(huán)境相連通。圓筒殼體110靠近第二膜片的一側(cè)設(shè)有端蓋180,用于保護(hù)殼內(nèi)器件。圓筒殼體110與其下的端蓋180通過(guò)螺釘190固定，也可以使用其它方法固定，如螺紋固定或膠水粘結(jié)。
[0042]端蓋180上具有將光纖161順利引出圓筒殼體外部的光纖引出結(jié)構(gòu)170。光纖引出結(jié)構(gòu)170可以與端蓋180是一體的，也可以是通過(guò)螺接或粘貼等辦法固定在端蓋180上的獨(dú)立零件。優(yōu)選地，光纖引出結(jié)構(gòu)170為柱狀，從而方便組裝時(shí)光纖161的插拔及固定。
[0043]事實(shí)上，光纖161為光纜160去除保護(hù)層之后的中心部分。光纖引出結(jié)構(gòu)170與位于端蓋180外側(cè)的光纜160的保護(hù)層使用膠水粘結(jié)或機(jī)械固定，如704膠水。光纖161在第二膜片130和端蓋180之間的部分完全處于松弛狀態(tài)，從而不對(duì)第二膜片中心撓度隨壓強(qiáng)變化的響應(yīng)產(chǎn)生干擾。
[0044]請(qǐng)參照?qǐng)D1，在第二膜片130和端蓋180之間的圓筒殼體110側(cè)壁開(kāi)有至少一個(gè)通氣孔112，用于將第二膜片130下側(cè)的腔體與外界氣壓環(huán)境連通。由于該光纖壓強(qiáng)傳感器體積很小，或者在均勻氣壓環(huán)境下使用，第一膜片120和第二膜片130所受環(huán)境壓強(qiáng)可視為相等。優(yōu)選的，在圓筒殼體110側(cè)壁的外圍，均勻設(shè)置若干個(gè)通氣孔。
[0045]通過(guò)上述說(shuō)明可知，本實(shí)施例法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔中，第一膜片上的杯狀凸臺(tái)的內(nèi)側(cè)壁與第二膜片上的柱形凸臺(tái)外側(cè)壁共軸插接，以保證膜片受到壓力時(shí)法布里-珀羅腔的兩個(gè)反射面始終平行，此外，法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔的兩個(gè)端面分別安置在兩個(gè)膜片上，兩個(gè)結(jié)構(gòu)同時(shí)感受外界氣壓，提高光纖壓強(qiáng)傳感器的氣壓靈敏度。
[0046]至此，本發(fā)明實(shí)施例法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔介紹完畢。
[0047]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，還提供了一種應(yīng)用上述法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔的光纖壓強(qiáng)傳感器。
[0048]請(qǐng)參照?qǐng)D4，該光纖壓強(qiáng)傳感器包括:光源模塊200，提供測(cè)量光，其依解調(diào)原理的不同可以為單色光源或?qū)拵Ч庠?；光路轉(zhuǎn)換模塊300，用于將測(cè)量光傳輸至法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔100，并接收由該法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔100的反饋光信號(hào)，其可以是光環(huán)形器或光耦合器等；信號(hào)處理模塊400用于對(duì)反饋光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理，輸出上述法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔100所處環(huán)境的氣壓，其解調(diào)方法包括強(qiáng)度解調(diào)法、雙峰法、白光干涉法等等。
[0049]本實(shí)施例光纖壓強(qiáng)傳感器的工作原理為:氣壓感測(cè)組件100放置或安裝在待測(cè)氣壓環(huán)境中，其反饋光信號(hào)的光譜隨法布里-珀羅腔腔長(zhǎng)的變化而變化；該氣壓感測(cè)組件100通過(guò)光路轉(zhuǎn)換模塊300與信號(hào)解調(diào)組件400相連，由信號(hào)解調(diào)組件200從氣壓感測(cè)組件100輸出的光譜信號(hào)中反演出氣壓感測(cè)組件100所在位置的氣壓。
[0050]為了進(jìn)一步驗(yàn)證本實(shí)施例光纖壓強(qiáng)傳感器的測(cè)量能力，利用雙峰法解調(diào)原理對(duì)其進(jìn)行光譜觀察試驗(yàn)。光源模塊采用C波段ASE光源，觀察到光纖壓強(qiáng)傳感器的反射光譜如圖5所示。可以看出，光纖壓強(qiáng)傳感器的反射光譜圖內(nèi)可清晰的尋得干涉峰，即利用雙峰法解調(diào)原理可實(shí)現(xiàn)氣壓的準(zhǔn)確測(cè)量。
[0051]本實(shí)施例光纖壓強(qiáng)傳感器不同于電學(xué)壓強(qiáng)傳感器，其采用全光測(cè)量方法，不必在壓強(qiáng)傳感器內(nèi)部安裝電容、電阻等電學(xué)器件，因此可以在電磁干擾、打雷天氣等惡劣環(huán)境下應(yīng)用，且適合于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸和長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)。
[0052]至此，本發(fā)明實(shí)施例光纖壓強(qiáng)傳感器介紹完畢。
[0053]上文已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明兩實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔及應(yīng)用其的光纖壓強(qiáng)傳感器有了清楚的認(rèn)識(shí)。
[0054]此外，上述對(duì)各元件的定義并不僅限于實(shí)施方式中提到的各種具體結(jié)構(gòu)或形狀，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地熟知地替換，例如:[0055](I)穿過(guò)圓柱形凸臺(tái)131的光纖161還可以用光纖跳線頭來(lái)代替；
[0056](2)光纖161的端面除了垂直端面之外，還可以是具有特定角度的傾斜端面。
[0057]綜上所述，本發(fā)明提供一種可保證相對(duì)的兩膜片始終平行的法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔及應(yīng)用其的光纖壓強(qiáng)傳感器。即使環(huán)境擾動(dòng)引起膜片不規(guī)則變形，本發(fā)明光纖壓強(qiáng)傳感器也能實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)氣壓的穩(wěn)定測(cè)量，從而可以廣泛應(yīng)用于航空航天、油氣勘探、氣象測(cè)報(bào)等諸多領(lǐng)域。
[0058]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔，其特征在于，包括: 殼體； 第一膜片，沿垂直于所述殼體中心軸線的方向密封并固定于所述殼體內(nèi)，在其中心位置設(shè)置杯狀凸臺(tái)； 第二膜片，沿垂直于所述殼體中心軸線的方向密封并固定于所述殼體內(nèi)，在其中心位置設(shè)置柱形凸臺(tái)，所述柱形凸臺(tái)的外柱面和所述杯狀凸臺(tái)的內(nèi)筒面以共軸插接方式可滑動(dòng)匹配，所述杯狀凸臺(tái)的底面與柱狀凸臺(tái)的頂面之間形成一容積空間； 光纖，穿過(guò)所述柱形凸臺(tái)伸入所述容積空間內(nèi)，其端面和所述杯狀凸臺(tái)的底面作為所構(gòu)成的法布里-珀羅腔的兩個(gè)反射面； 其中，所述第一膜片和/或第二膜片隨外界氣壓的變化而運(yùn)動(dòng)，從而所述柱形凸臺(tái)在所述杯狀凸臺(tái)內(nèi)前后運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而引起所述法布里-珀羅腔的腔長(zhǎng)發(fā)生變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔，其特征在于，所述柱形凸臺(tái)外柱面的橫截面形狀為圓形、橢圓形、三角形、十字形、四邊形，或六邊形，所述杯狀凸臺(tái)內(nèi)筒面的橫截面與其互補(bǔ)；優(yōu)選地，所述柱形凸臺(tái)外柱面為外圓柱面，所述杯狀凸臺(tái)內(nèi)筒面為內(nèi)圓筒面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔，其特征在于: 所述杯狀凸臺(tái)和所述圓柱形凸臺(tái)的材料為剛性材料；或 所述杯狀凸臺(tái)和所述圓柱形凸臺(tái)中，其中之一的材料為剛性材料，其中另一的材料為彈性材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔，其特征在于，還包括: 端蓋，設(shè)置于所述圓筒殼體靠近第二膜片的一側(cè)，該端蓋上具有將所述光纖引出殼體外部的光纖引出結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔，其特征在于: 所述第一膜片直接與外界氣壓環(huán)境相連通； 在所述第二膜片和所述端蓋之間的殼體側(cè)壁開(kāi)有至少一個(gè)通氣孔，用于將所述第二膜片與所述端蓋之間的腔體與外界氣壓環(huán)境相連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔，其特征在于，在殼體側(cè)壁的外圍，均勻設(shè)置若干個(gè)所述通氣孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔，其特征在于，所述光纖在所述第二膜片和所述端蓋之間的部分處于完全松弛狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔，其特征在于:所述殼體的橫截面形狀為:圓形、橢圓形、矩形或梯形； 所述第一膜片和第二膜片的材料為彈性材料，兩者的厚度介于0.05mm~Imm之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔，其特征在于: 所述光纖為光纜去除保護(hù)層之后的中心部分；所述光纖引出結(jié)構(gòu)與位于所述端蓋外側(cè)的光纜的保護(hù)層膠水粘結(jié)或機(jī)械固定； 所述殼體的內(nèi)部包含有一環(huán)形凸臺(tái)；所述第一膜片和所述第二膜片分別密封連接于所述環(huán)形凸臺(tái)的兩側(cè)，從而在所述第一膜片和所述第二膜片之間形成密封的空間。
10.一種包括權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔的光纖壓強(qiáng)傳感器，其特征在于，還包括: 光源模塊，提供測(cè)量光； 光路轉(zhuǎn)換模塊，將所述測(cè)量光傳輸至所述法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔，并接收由該法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔的反饋光信號(hào)； 信號(hào)處理模塊，對(duì)所述法布里-珀羅式壓強(qiáng)感測(cè)腔的反饋光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理，輸出所述法布里-珀羅 式壓強(qiáng)感測(cè)腔所處環(huán)境的氣壓。
【文檔編號(hào)】G02B6/44GK103487200SQ201310363259
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】王兆剛, 張文濤, 李芳
申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所