【專利】基于微孔光學(xué)反射隔膜的光纖F-P多功能傳感器

　　創(chuàng)意無極限，儀表大發(fā)明。今天為大家介紹一項(xiàng)國家發(fā)明授權(quán)專利——一種基于微孔光學(xué)反射隔膜的光纖F-P多功能傳感器。該專利由哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院申請，并于2017年8月1日獲得授權(quán)公告。

　　內(nèi)容說明

　　本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種光纖法布里-珀羅F-P傳感器。

　　發(fā)明背景

　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們開始追求傳感器的小型化、輕量化，以及對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性。因此光纖傳感器以其抗電磁干擾、耐腐蝕、易復(fù)用、靈敏度高、測量范圍大，結(jié)構(gòu)小巧等優(yōu)點(diǎn)成為了近年來學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。常用的光纖傳感器主要包括：基于馬赫-增德爾干涉儀的傳感器、法布里-珀羅干涉儀的傳感器、薩尼亞克干涉儀的傳感器、以及基于光纖光柵的傳感器。其中基于法布里-珀羅(F-P)干涉儀的傳感器是目前應(yīng)用歷史最長，技術(shù)最為純熟、應(yīng)用最為廣泛的光纖傳感器之一，已經(jīng)成功被應(yīng)用于溫度、壓力、位移、應(yīng)變、超聲、折射率、濕度、氣體濃度等物理和化學(xué)參數(shù)的測量。現(xiàn)有的光纖F-P傳感器的制作方法有很多，包括：端面鍍膜法(將一段光纖焊接在兩個(gè)鍍有高反射膜光纖的中間形成F-P腔)、光柵成腔法(在一段光纖上刻蝕兩個(gè)完全相同的布拉格光柵形成F-P腔)、飛秒刻蝕法(利用飛秒脈沖激光器在光線表面或內(nèi)部刻蝕形成F-P腔)、空心光纖法(將空心光纖與常規(guī)光纖想熔接形成F-P腔)。然而依據(jù)上述方法做成的光纖F-P傳感器，F(xiàn)-P腔的質(zhì)量很容易受到加工技術(shù)的影響而且成本較高，往往只能對特定的單一參數(shù)進(jìn)行檢測。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明針對光纖F-P傳感器體積超小型化、高探測靈敏度、探測功能多樣化的需要，并考慮現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于微孔光學(xué)反射隔膜的光纖內(nèi)置型F-P多功能傳感器。

　　本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。一種基于微孔光學(xué)反射隔膜的光纖F-P多功能傳感器，包括：單模光纖、光纖毛細(xì)管、微孔光學(xué)反射隔膜；所述光纖毛細(xì)管的一端與所述單模光纖的一端通過熔接的方式連接，所述光纖毛細(xì)管的另一端和所述微孔光學(xué)反射隔膜通過粘接的方式連接；所述微孔光學(xué)反射隔膜上有微孔，所述光纖毛細(xì)管的中空部分作為所述光纖F-P多功能傳感器的F-P干涉腔。

　　圖為本發(fā)明光纖內(nèi)置F-P多功能傳感器的探頭示意三維圖

　　進(jìn)一步地，所述微孔光學(xué)反射隔膜的厚度為100-300納米。所述微孔光學(xué)反射隔膜通過使用微孔掩模板和金屬氣相沉積法或金屬磁控濺射法制備。

　　本發(fā)明通過一定的連接方式將單模光纖-光纖毛細(xì)管-超薄微孔光學(xué)反射隔膜結(jié)合在一起，構(gòu)成F-P干涉?zhèn)鞲衅鳌９馐鴱膯文９饫w的末端和光學(xué)反射隔膜兩個(gè)端面反射形成干涉，其干涉譜是腔長和腔內(nèi)折射率的函數(shù)。當(dāng)外界測量對象引起F-P腔長或腔內(nèi)折射率的變化時(shí)，相應(yīng)的反射的干涉光譜就會(huì)發(fā)生改變。通過干涉譜的變化，可最終解調(diào)出外界參數(shù)的變化。微孔光學(xué)反射隔膜采用了超薄的微孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得F-P腔能與外界環(huán)境相通，這種開腔式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：⑴反射式F-P傳感器的靈敏度與所用反射隔膜的厚度成反比，本發(fā)明所用微孔光學(xué)反射隔膜的厚度為100-300納米，保證了本傳感器具有極高的靈敏度。⑵外界高動(dòng)態(tài)信號的擾動(dòng)如聲的/超聲信號，會(huì)引起光學(xué)反射隔膜快速微小的形變，進(jìn)而造成F-P腔長隨信號的變化，使得本發(fā)明能夠探測高動(dòng)態(tài)的信號如聲的/超聲。⑶在液態(tài)的測量環(huán)境下，借助于微孔光學(xué)反射隔膜上的微孔，開腔式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?qū)⒁后w進(jìn)入腔內(nèi)，改變腔內(nèi)的F-P腔的折射率。因此本發(fā)明傳感器能夠用來測量液體的折射率。⑷在高壓環(huán)境中，開腔式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平衡了腔內(nèi)外的壓差，避免了因F-P腔內(nèi)外的高壓差造成的光學(xué)反射隔膜的撕裂與損壞，保證了本發(fā)明傳感器能在高壓條件下做業(yè)。⑸由于微孔的存在，水蒸氣可經(jīng)過光學(xué)反射隔膜的微孔進(jìn)入到F-P腔內(nèi)，改變腔內(nèi)的折射率。因而本發(fā)明傳感器能夠用來測量空氣的相對濕度。

　　除此之外本發(fā)明還具有光纖F-P傳感器所共有的體積微型化、結(jié)構(gòu)簡單化、響應(yīng)速率快、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。

　　如需進(jìn)一步了解，請下載該專利完整說明書。

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