CN209689810U - 一种基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉仪型气压传感器 - Google Patents
一种基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉仪型气压传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于光子晶体光纤的马赫‑曾德干涉仪型气压传感器，其特征在于：该传感器由所述的传感头包括单模光纤一、多模光纤一、光子晶体光纤、多模光纤二和单模光纤二五个部分，由它们依次熔接而成，且利用飞秒激光微加工技术在光子晶体光纤侧面加工一圆柱形微通道，使得其中至少一个空气孔与外界相通，从而可保持与外界气压一致。应用时，将传感器置于待测气压的空间中，利用光纤光谱仪测量其输出光谱即可解调出待测气压的变化值。本实用新型具有灵敏度高、制作成本低和结构紧凑且坚固等优点，可应用于气压的高精度测量。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于光子晶体光纤的马赫 -曾德干涉仪型气压传感器。
背景技术
压力测量在医药、汽车制造业和井下油气勘探等领域有着重要的应用。现有的气压传感器主要有电子气压传感器和光纤气压传感器。电子气压传感器作为传统的气压传感器，主要分为压阻式传感器和谐振式气压传感器两类。压阻式传感器是利用压力敏感元件受力时，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出，其具有体积小、灵敏度高的优点，但受温度影响大且制作工艺复杂、造价高。谐振式气压传感器是将谐振元件所受的压力值转换为频率信号的传感器，当外界气压发生变化时，振动元件的固有振动频率随之改变，通过相应的测量电路，就可得到与压力值成一定关系的电信号。谐振气压传感器具有精度高，结构紧凑等优点，但同样其加工工艺复杂，生产周期长，成本较高。
光纤传感器是近年发展起来的新型传感器，与传统的传感器相比，光纤气压传感器具有温度稳定性好、抗电磁干扰和安全性高等独特优势。因此，光纤传感器尤其适合在高温、易爆等恶劣环境下进行压力测试。各种结构和制造技术已被应用于制备不同类型的光纤气压传感器，包括基于边孔光纤结构的传感器，在单模光纤上刻写布拉格光纤光栅结构的传感器，高双折射微结构光纤传感器和基于光子晶体光纤的萨格纳克干涉仪传感器等。近年来许多不同结构的光纤气压传感器已经被报道，如Duan等人在两段单模光纤中间大面积错位熔接一段单模光纤，形成了一种简易的FP腔气压传感器，但由于错位面积过大，使得传感头部分非常脆弱易断；Ma等人通过单模光纤与一节毛细管相熔接，并对其进行拉锥、加压和放电等处理形成了一种微腔气压传感器，其温度稳定性非常高，但制作过程过于繁琐且气压灵敏度较低；Xu等人在单模光纤中间通过错位熔接一小段光子晶体光纤，并在其侧面加工一微通道，形成MZI结构，但制备过程中需精确控制错位值的大小以及侧面微通道的位置，精度要求较高且制备复杂。所以，当前光纤气压传感器的发展仍有很多问题亟待解决。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提出一种基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉仪型气压传感器，具有成本低、灵敏度高、准确性好、制作简单且结构坚固等优点。
本实用新型所采用的技术方案：一种基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉仪型气压传感器，其特征在于：所述的传感头包括单模光纤一、多模光纤一、光子晶体光纤、多模光纤二和单模光纤二五个部分，由它们依次熔接而成，所使用的两段多模光纤纤芯直径为105μm，长度均为300-500μm，光子晶体光纤长度为 300-500μm，且利用飞秒激光微加工技术在其侧面加工一圆柱形微通道，直径为 10-15μm，使得光子晶体光纤中至少一个空气孔与外界空气相通。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
1、本传感器制作成本低、制备简单、结构坚固，只需进行简单的熔接和打孔操作，无错位熔接和拉锥等工艺。
2、本实用新型中在光子晶体光纤侧面加工一个微通道，使得其空气孔与外界空气相通，通过感知外界气压的变化，达到气压传感的目的，而且具有高灵敏度。
3、本传感器基于马赫-曾德干涉仪原理，结构紧凑，尺寸小。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型所使用的光子晶体光纤截面图；
图中：1.单模光纤1，2.多模光纤1，3.光子晶体光纤，4.微通道，5.多模光纤 2，6.单模光纤2。
具体实施方式
图1为该实用新型的结构示意图，其中所使用的两段多模光纤纤芯直径为 105μm，长度均为300-500μm，光子晶体光纤长度为300-500μm，且利用飞秒激光微加工技术在其侧面加工一圆柱形微通道，直径为10-15μm，使得光子晶体光纤中至少一个空气孔与外界空气相通，从而可保持与外界气压一致。应用时，将该传感器置于待测气压的空间中。当外界环境的气压值发生变化时，光子晶体光纤中的空气孔内气压随之变化，导致其内部折射率的变化，从而引起该传感器的干涉光谱的谐振波长发生漂移。当利用光纤光谱分析仪观测输出光谱时，可通过光谱的漂移量解调出气压的变化量，从而达到气压的传感目的。
Claims (2)
1.一种基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉仪型气压传感器，包括单模光纤一、多模光纤一、光子晶体光纤、多模光纤二和单模光纤二五个部分，由它们依次熔接而成，其特征在于：所使用的两段多模光纤长度均为300-500μm，光子晶体光纤长度为300-500μm，且利用飞秒激光微加工技术在其侧面加工一圆柱形微通道，直径为10-15μm，使得光子晶体光纤中至少一个空气孔与外界空气相通。
2.根据权利要求1所述的一种基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉仪型气压传感器，其特征在于：所使用的多模光纤纤芯直径为105μm。
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| CN113758507A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-12-07 | 北京交通大学 | 一种基于少模光纤和光子晶体光纤的温度和应力传感器 |
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