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专利名称：光纤光栅气压传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种新型光纤光栅气压传感器。
背景技术：
传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一。在工业生产过程中，压力 是一个重要的参数，在对气体或者液体的压力传感领域，仪表厂家推出多种气压表，但不能 完全满足石油、化工、煤矿等行业易燃易爆场合的需要，研制一种本质防爆、防燃的气压传 感器成为迫切需要。近十几年发展起来的光纤式传感器越来越为人们所重视。与传统的传 感器相比，光纤传感器具有独特的优点灵敏度高、重量轻、体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀、本 质安全(防燃防爆)。光纤是电绝缘、耐腐蚀的传输媒质，这使它可以方便有效地用于各种 大型机电、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中，易于采用波分复用、时 分复用和空间复用技术构成光纤光栅智能传感网络等特点。目前，光纤传感器的应用范围 很广，几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣 环境中使用，解决了许多行业多年来一直存在的技术难题，具有很大的市场需求。自1989年Morey的报道将光纤Bragg光栅(FBG)用作传感以来，FBG温度和压力 传感器理论及其应用吸引了很多研究兴趣。如何将压力信息转换为FBG沿轴向的拉伸(压 缩)应变，同时解决温度交叉敏感的问题，实现压力参量的高灵敏度检测是研究人员需要 解决的问题。对于压力测量，很多方案主要强调对FBG的增敏，裸FBG的压力响应灵敏度约 为0. 003nm/MPa,当采用有机弹性体、波纹管和膜片等对FBG封装后，压力响应灵敏度可以 提高很多，但其封装后的结构复杂、体积变大，及封装材料不能满足防燃防爆等，带来了新 的问题和局限性。

发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种无需封装、结构简单、本质安全、灵敏度 高、低成本的光纤光栅气压传感器。本发明包括宽带光源、波长解调仪、1X2光纤耦合器、单模光纤光栅、包层中具有 2个对称的空气孔的光纤(以下称为边孔光纤)上刻写的光栅。边孔光纤光栅与单模光纤 光栅熔接(或两种光纤先熔接，然后在熔接点两侧同时写入光栅)，作为传感头。边孔光纤 光栅的空气孔在与单模光纤光栅熔接的一端被封闭住，另外一端开放，用于气压探测。传感 头通过1 X2光纤耦合器分别与光源和波长解调仪相连接，形成光纤光栅气压传感系统。本发明所具有的优点1.边孔光纤与普通单模光纤熔接后致使空气孔一端封闭，一端开放，可利用自身 结构来感应外界气压的变化。因此结构简单(无需封装)，保持了光纤本质安全的特性；2.气压通过光纤包层内的空气孔几乎直接作用在光纤的纤芯上，可以有效的提高 光纤光栅对气压的灵敏度；3.普通单模光纤上的光纤光栅不受气压的影响，因此可以作为参考光栅单独测量温度，以补偿温度变化对边孔光纤光栅压力测量的影响，提高气压传感器的准确度。


图1为本发明的装置结构图。图2为本发明边孔光纤端面图及传感头的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进一步描述。如图1所示，光纤光栅气压传感器，包括宽带光源1、波长解调仪2、1 X 2光纤耦合 器3、单模光纤光栅4、边孔光纤光栅5，气压装置6。宽带光源1与1X2光纤耦合器3的一端相连，光纤耦合器3的另一端连接到单模 光纤光栅4的一端，光纤耦合器3的另一端与波长解调仪2相连，经过单模光纤光栅4的另 一端与边孔光纤光栅5熔接，将边孔光纤光栅5的开放端放入气压装置6中。边孔光纤与单模光纤熔接，在熔接位置刻光纤光栅，由于两种光纤纤芯材料的不 同致使光纤光栅的Bragg中心波长不同。同时两种光纤熔接致使边孔光纤一端封闭，一端 开放，开放端来感应外界气压的变化。利用边孔光纤自身结构解决了一般光纤光栅气压传 感器借助有机弹性体、波纹管和膜片等封装带来的复杂工作，使其结构紧凑，操作简单。当外界气压变化时，包层中的2个空气孔中的气压发生变化，空气孔与边孔光纤 光栅距离较近，致使应变传递速率高，使边孔光纤光栅发生应变，从而引起Bragg中心波长 发生飘移，提高了压力响应的灵敏度。普通单模光纤上的光纤光栅不受气压的影响，因此可 以作为参考光栅单独测量温度，以补偿温度变化对边孔光纤光栅压力测量的影响，提高气 压传感器的准确度。
权利要求
1.光纤光栅气压传感器，包括宽带光源、波长解调仪、1X2光纤耦合器、单模光纤光 栅、边孔光纤光栅。宽带光源与ι χ 2光纤耦合器的端口 一相连，光纤耦合器的端口 二连接到单模光纤光 栅的一端，光纤耦合器的端口三与波长解调仪相连，经过单模光纤光栅的另一端与边孔光 纤光栅熔接，将边孔光纤光栅的开放端放入被测气压中。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅气压传感器，其特征在于包层中具有2个对称的 空气孔的光纤(称为边孔光纤)上刻写光栅，气压通过光纤包层内的空气孔几乎直接作用 在光纤的纤芯上，作为气压探测。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅气压传感器，其特征在于在普通单模光纤上刻写 光栅与边孔光纤光栅熔接(或两种光纤先熔接，然后在熔接点两侧同时写入光栅)，普通单 模光纤上的光纤光栅不受气压的影响，作为参考光栅单独测量温度，以补偿温度变化对边 孔光纤光栅气压测量的影响。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅气压传感器，其特征在于宽带光源是指带宽大于 两个光纤光栅反射波长最大变化范围的光源。
5.根据权利要求1所述的光纤光栅气压传感器，其特征在于波长解调仪是指能解调 出两个光纤光栅波长变化的信息。
全文摘要
本发明涉及光纤光栅气压传感器，包括宽带光源、波长解调仪、1×2光纤耦合器、单模光纤光栅、边孔光纤光栅。边孔光纤光栅作为传感头，利用自身的结构特点来感应外界气压的变化。当外界气压变化时，包层中的两个空气孔中的气压发生变化，使边孔光纤光栅发生应变，从而引起其反射波长发生变化。单模光纤光栅仅对温度敏感，作为参考光栅来补偿温度对压力测量带来的影响。本发明针对现有技术的不足，提供了一种无需封装、结构简单、本质安全、灵敏度高、低成本的光纤光栅气压传感器。
文档编号G01L11/02GK102147311SQ20101061953
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者刘阳, 李涛, 董新永, 郭喜凤 申请人:杭州光佑科技有限公司