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1、(10)申请公布号 CN 104215368 A (43)申请公布日 2014.12.17 CN 104215368 A (21)申请号 201410470272.8 (22)申请日 2014.09.15 G01L 1/24(2006.01) G01L 11/02(2006.01) (71)申请人 江苏昂德光电科技有限公司 地址 211199 江苏省南京市江宁区滨江开发 区盛安大道 739 号 1 栋 (72)发明人 刘得光 钱亦非 张益华 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32204 代理人 柏尚春 (54) 发明名称 一种 F-P 腔光纤压力传感装置及其解调方。
2、法 (57) 摘要 本发明公开了一种 F-P 腔光纤压力传感装置 及其解调方法， 包括多个 F-P 腔光纤压力传感器， 在控制器的控制下， 波长扫描的光纤激光光源发 出的每一种波长的光， 都依次通过环型器和光开 关后分别入射一个 F-P 腔光纤压力传感器 ； 每个 F-P 腔光纤压力传感器产生的干涉谱依次经由光 开关和环型器后被光电探测器接收， 光电探测器 输出的模拟信号再被 DAQ 取样卡模数转换后发送 给控制器， 由控制器计算出压力数值。 本发明使用 波长扫描光源作为所有 F-P 腔光纤压力传感器的 光源， 利用波长扫描光源的波长可读性， 与光电探 测器配合即可获得干涉光强最大值或最小值处。
3、的 波长值， 无需额外的解调器， 降低了基于 F-P 腔光 纤压力传感器的干涉解调仪成本， 简化了整个装 置。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104215368 A CN 104215368 A 1/1 页 2 1. 一种 F-P 腔光纤压力传感装置， 其特征在于， 包括多个 F-P 腔光纤压力传感器， 在控 制器的控制下， 波长扫描光源发出的每一种波长的光， 都依次通过环型器和光开关后分别 入射一个 F-P 腔光纤压力传感器 。
4、； 每个 F-P 腔光纤压力传感器产生的干涉谱依次经由光开 关和环型器后被光电探测器接收， 光电探测器输出的模拟信号再被 DAQ 取样卡模数转换后 发送给控制器， 由控制器计算出压力数值。 2. 根据权利要求 1 所述的 F-P 腔光纤压力传感装置， 其特征在于， 所述波长扫描光源、 DAQ 取样卡和光开关在控制器的控制下同步工作。 3. 根据权利要求 1 所述的 F-P 腔光纤压力传感装置， 其特征在于， 所述控制器为计算 机。 4.根据权利要求1所述的F-P腔光纤压力传感装置， 其特征在于， 所述多个F-P腔光纤 压力传感器由单模光纤和膜片组成或两根光纤组成的 FP 腔。 5.根据权利要求。
5、1所述的F-P腔光纤压力传感装置， 其特征在于， 所述多个F-P腔光纤 压力传感器是由光纤和膜片或光纤和光纤组成的 F-P 腔光纤压力传感器两种类型的混合。 6.根据权利要求1所述的F-P腔光纤压力传感装置， 其特征在于， 所述F-P腔光纤压力 传感器的最小 F-P 腔长 dmin满足 ： 式中 sweep是波长扫描光源的波长扫描范围。 7. 一种 F-P 腔光纤压力传感装置的解调方法， 其特征在于， 包括以下步骤 ： 波长扫描光源所发出的每一种波长的光， 都分别入射一个 F-P 腔光纤压力传感器 ； 根据波长扫描光源所提供的波长， 以及每个 F-P 腔光纤压力传感器的干涉光强， 即可 找到干。
6、涉光强极值时的波长 ； 根据波长解调法计算出 F-P 腔光纤压力传感器所受到的压力。 8.根据权利要求7所述的F-P腔光纤压力传感装置的解调方法， 其特征在于， 所述多个 F-P 腔光纤压力传感器全部是光纤和膜片或光纤与光纤组成。 9.根据权利要求7所述的F-P腔光纤压力传感装置的解调方法， 其特征在于， 根据波长 扫描光源所提供的波长， 以及每个 F-P 腔光纤压力传感器的干涉光强， 即可找到干涉光强 最大值时的波长。 10. 根据权利要求 7 所述的 F-P 腔光纤压力传感装置的解调方法， 其特征在于， 根据波 长扫描光源所提供的波长， 以及每个 F-P 腔光纤压力传感器的干涉光强， 即可。
7、找到干涉光 强最小值时的波长。 权 利 要 求 书 CN 104215368 A 2 1/3 页 3 一种 F-P 腔光纤压力传感装置及其解调方法 技术领域 0001 本发明涉及一种 F-P 腔光纤压力传感装置及其解调方法， 属于光纤压力传感器领 域。 背景技术 0002 基于光纤 Fabry-Perot(F-P) 腔的压力传感器具有耐恶劣环境、 抗电磁干扰、 温度 交叉敏感性小等特点， 适于在医疗、 航空航天、 桥梁建筑、 高温油井和国防等领域的压力监 测应用。微型光纤 F-P 腔压力传感器通常有毛细管结构和膜片结构两种。现有的 F-P 微腔 压力传感器需要使用专门的解调器对干涉光谱进行分析。
8、。 发明内容 0003 发明目的 ： 本发明提出一种F-P腔光纤压力传感装置， 降低了现有F-P腔光纤压力 传感器及其解调仪的成本。 0004 技术方案 ： 本发明采用的技术方案为一种 F-P 腔光纤压力传感装置的解调方法， 包括以下步骤 ： 0005 波长扫描光源所发出的每一种波长的光， 都分别入射一个 F-P 腔光纤压力传感 器 ； 0006 根据波长扫描光源所提供的波长， 以及每个 F-P 腔光纤压力传感器的干涉光强， 即可找到干涉光强极值时的波长 ； 0007 根据波长解调法计算出 F-P 腔光纤压力传感器所受到的压力。 0008 优选地， 所述多个 F-P 腔光纤压力传感器全部是光纤。
9、和膜片或光纤和光纤组成。 0009 优选地， 根据波长扫描光源所提供的波长， 以及每个 F-P 腔光纤压力传感器的干 涉光强， 即可找到干涉光强最大值时的波长。 0010 优选地， 根据波长扫描光源所提供的波长， 以及每个 F-P 腔光纤压力传感器的干 涉光强， 即可找到干涉光强最小值时的波长。 0011 一种 F-P 腔光纤压力传感装置， 包括多个 F-P 腔光纤压力传感器， 在控制器的控 制下， 波长扫描光源发出的每一种波长的光， 都依次通过环型器和光开关后分别入射一个 F-P 腔光纤压力传感器 ； 每个 F-P 腔光纤压力传感器产生的干涉谱依次经由光开关和环型 器后被光电探测器接收， 光。
10、电探测器输出的模拟信号再被 DAQ 取样卡模数转换后发送给控 制器， 由控制器计算出压力数值。 0012 优选地， 所述波长扫描光源、 DAQ 取样卡和光开关在控制器的控制下同步工作。所 述控制器为计算机。 0013 优选地， 所述多个 F-P 腔光纤压力传感器全部是由光纤和膜片或光纤和光纤组 成。 0014 优选地， 所述多个 F-P 腔光纤压力传感器是由光纤和膜片或光纤和光纤组成的 F-P 腔光纤压力传感器两种类型的混合。 说 明 书 CN 104215368 A 3 2/3 页 4 0015 优选地， 所述 F-P 腔光纤压力传感器的最小 F-P 腔长 dmin满足 ： 0016 001。
11、7 式中 sweep是波长扫描光源的波长扫描范围。 0018 有益效果 ： 本发明使用波长扫描光源作为所有 F-P 腔光纤压力传感器的光源， 利 用波长扫描光源的波长可读性， 与光电探测器配合即可获得干涉光强最大值或最小值处的 波长值， 无需额外的解调器， 降低了基于 F-P 腔光纤压力传感器的干涉解调仪成本， 简化了 整个装置。 附图说明 0019 图 1 为本征型 F-P 腔光纤压力传感器结构示意图 ； 0020 图 2 为本发明一种 F-P 腔光纤压力传感装置的结构示意图 ； 0021 图 3 为本发明的工作原理图。 具体实施方式 0022 下面结合附图和具体实施例， 进一步阐明本发明，。
12、 应理解这些实施例仅用于说明 本发明而不用于限制本发明的范围， 在阅读了本发明之后， 本领域技术人员对本发明的各 种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 0023 如图 1 所示， F-P 腔光纤压力传感器的基本结构是一个法布里 - 帕罗干涉仪， 抛光 良好的波导光纤 f1 端面与压力敏感膜 f2 内表面形成 F-P 腔 f3， 腔长为 d。光源发出的光 通过波导光纤f1入射到光纤端面上， 一部分光功率被波导光纤f1端面反射， 其余光功率透 射后， 到达压力敏感膜 f2， 被压力敏感膜 f2 的内表面部分反射并耦合回到波导光纤 f1 内， 光纤端面的反射光以及压力敏感膜 f2 。
13、内表面的反射光发生干涉， 干涉强度为 ： 0024 0025 为光在真空中的波长。 0026 压力敏感膜 f2 在外界压力的作用下发生形变， 从而改变 F-P 腔 f3 的长度， 引起干 涉谱变化， 通过测量干涉谱， 对干涉光谱进行解调(需要额外的解调器)即可得到压力敏感 膜 f2 上的压力变化。 0027 如图 2 所示， 本发明一种 F-P 腔光纤压力传感装置包括受到同一压力作用的第一 个 F-P 腔光纤压力传感器 1 至第 N 个 F-P 腔光纤压力传感器 N(N 传感器总数 )， 这些光纤 压力传感器通过光开关和环型器连接到波长扫描的光纤激光光源。同时波长扫描光纤激 光光源、 光开关都。
14、受到控制器的控制。在控制器的控制下， 波长扫描光源以一定的步长， 在 sweep的波长扫描范围内连续扫描。不同波长的激光经过环型器被光开关依次耦合到第 一个到第 N 个 F-P 腔光纤压力传感器。 0028 每一个光纤压力传感器被光开关接通时， 不仅激光进入到传感器内， 而且其产生 的干涉谱也同时通过光开关和环型器被光电探测器接收。干涉谱随后由 DAQ 取样卡进行模 说 明 书 CN 104215368 A 4 3/3 页 5 数转换后， 即进入控制器进行数据处理和显示。整个过程要求波长扫描光源、 DAQ 取样卡和 光开关同步。 0029 目前比较流行使用波长解调法解调法布里 - 帕罗干涉谱。。
15、波长扫描光源发出一定 谱宽的光， 其形成的干涉光强的分布与 F-P 腔长 d 相关， 如图 3 所示， 图中横坐标为光源波 长， 纵坐标为干涉光强。当压力敏感膜 f2 移动减小了 F-P 腔长 d 时， 光谱谷就向短波长方 向移动， 如图 3 中箭头所示。 0030 因此我们可以记录下压力敏感膜 f2 处于初始状态时的， 干涉光强与光波长的关 系曲线。随后在外部压力的影响下， 压力敏感膜 f2 的位置发生变化， 改变了 F-P 腔长 d， 进 而使干涉光强与光波长的关系曲线发生移动。按照波长解调法只要跟踪图 3 中某一个或者 相邻两个、 多个峰值的移动量， 即可得到 F-P 腔长变化量。而峰值。
16、可以选择干涉光强的最大 值， 也可以选择最小值。 0031 所以我们可以利用控制器所记录下的每一个 F-P 腔光纤压力传感器的干涉光强 以及该光纤压力传感器的输入激光波长， 尤其是干涉光强的最大值也就是峰值时的波长， 可以直接由波长扫描光源得到。因此控制器根据现有的波长解调法， 将峰值时的波长与初 始状态峰值的波长进行对比， 即可直接计算出 F-P 腔长变化量， 从而省去了解调器。而控制 器可以使用计算机或其它嵌入式装置。 0032 压力分辨率P主要取决于波长的分辨率， 如下公式表示， sweep是波长扫 描光源的波长扫描范围 ( 大约 100nm)， 则 ： 0033 0034 P 是最大压。
17、力测量范围， 其取决于膜片厚度和 F-P 腔 f3 的直径， 而腔长灵敏度 d 可表示为 0035 0036 为系数取决于膜片材料。为了保证扫描光谱区内至少有一个干涉谱波峰， 最小 的 F-P 腔长 dmin为 ： 0037 0038 对于13210nm波段扫描光谱范围为110nm时， 最短腔长为dmin7.8m， 实际应用 中， 为了确保任何情况下都有一个完整的干涉谱波峰， 从而准确地确定波长， F-P 腔长可设 定为 15m。 说 明 书 CN 104215368 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104215368 A 6 2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 104215368 A 7 。