[发明专利]一种光纤双法-珀压力传感器、测量装置及计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤双法-珀压力传感器、测量装置及计算方法。

背景技术

光纤法布里-珀罗干涉仪(Fiber-opticFabry-Perotinterferometer,FFPI)，简称光纤法-珀干涉仪，或光纤法-珀腔，是一种典型的光纤传感结构。

根据腔内介质是否为光纤，又分为本征法-珀腔(IntrinsicFabry-Perotinterferometer,IFPI)和非本征法-珀腔(ExtrinsicFabry-Perotinterferometer,EFPI)。由于非本征法-珀腔传感器制作简单、灵敏度高、稳定性好等优点，已被广泛应用于环境测量和大型结构监测中，如用作压力、应变等传感器。

现有技术中，如图1所示，采用两个非本征法-珀腔构成压力传感器。但由于非本征法-珀腔对环境温度敏感，使得在环境温度变化明显或者测量精度要求高时，对测量结果造成一定的影响。

通过在非本征法-珀腔传感器上再连接一个温度传感单元，如光纤光栅(FBG)用作温度测量和补偿。但引入额外的结构会增加传感器的复杂度，且在探头安装与封装过程中带来各种问题，如串联光栅的光纤法-珀腔压力传感器，就需要无应力封闭光纤光栅。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种光纤双法-珀压力传感器、测量装置及计算方法，可以消除环境温度对压力传感器的影响，从而提高测量精度。

第一方面，本发明提供了一种光纤双法-珀压力传感器，包括毛细管、入射光纤和反射光纤，所述毛细管包括密封端和开口端，在所述毛细管内部靠近密封端一侧设置有长度为第一腔长的反射光纤，所述反射光纤与所述毛细管形成腔长为第一腔长的本征法-珀腔，用于根据所述第一腔长得到环境温度；

在所述毛细管开口端设置有入射光纤，所述入射光纤与所述反射光纤之间距离为第二腔长，所述入射光纤、所述反射光纤与所述毛细管形成第二腔长的非本征法-珀腔，用于根据所述第二腔长得到所述非本征法-珀腔数据，所述非本征法-珀腔数据与外部压力和所述环境温度相关。

可选地，所述第一腔长大于第二腔长，用于使本征法-珀腔的温度灵敏度高于非本征法-珀腔的温度灵敏度。

可选地，所述反射光纤的两端为平面，且所述平面垂直于所述毛细管内壁；

所述入射光纤与所述反射光纤相邻的一端为平面，所述平面垂直于所述毛细管内壁。

可选地，所述入射光纤与所述反射光纤通过环形焊固定在所述毛细管内部。

可选地，所述毛细管采用熔融石英制成。

第二方面，本发明还提供了一种光纤法-珀压力测量装置，利用上述的光纤双法-珀压力传感器制成，还包括计算单元，

所述计算单元用于根据所述第一环境温度与所述非本征法-珀腔数据计算所述外部压力。

第三方面，本发明还提供了一种光纤双法-珀压力传感器的压力计算方法，该光纤双法-珀压力传感器包括毛细管、入射光纤和反射光纤，所述毛细管包括密封端和开口端，在所述毛细管内部靠近密封端处设置有第一腔长的反射光纤，所述反射光纤与所述毛细管形成第一腔长的本征法-珀腔；通过所述毛细管开口端设置有入射光纤，所述入射光纤与所述反射光纤之间距离为第二腔长，所述入射光纤、所述反射光纤与所述毛细管形成第二腔长的非本征法-珀腔；该方法包括：

根据所述第一腔长得到环境温度；

根据所述第二腔长得到所述非本征法-珀腔数据，所述非本征法-珀腔数据与外部压力和所述环境温度相关；

根据所述第一环境温度与所述非本征法-珀腔数据计算所述外部压力。

可选地，所述根据所述第一腔长得到环境温度的步骤，计算式为：

ΔT＝ΔG₂/G₂α_i

其中，ΔG₂为本征法-珀腔的第一腔长变化值，G₂为本征法-珀腔的实际腔长，α_r为反射光纤的热膨胀系数，ΔT为温度变化值。

可选地，所述根据所述第一环境温度与所述非本征法-珀腔数据计算所述外部压力，还包括计算所述温度变化引起第二腔长变化的步骤

可选地，所述计算温度变化引起第二腔长变化的步骤，计算式为：

ΔG₁＝G₁α_iΔT