[发明专利]基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器及其制作方法

说明书

本发明公开一种基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器及其制作方法，属于光纤传感器技术领域。传感器包括第一端面的第一光纤以及包括第二端面的第二光纤，所述第一端面和第二端面对接后构成法布里玻罗腔，在法布里玻罗腔的内部有空气间隙。具有这种设计的微腔结构的传感器，极大地提高了光纤应变传感器的应变测量灵敏度，同时具有非常低的温度应变交叉敏感度。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，特别是涉及一种基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器及其制作方法，还涉及包含上述应变传感器的传感器装置。

背景技术

光纤传感具有微型化，抗电磁干扰，耐腐蚀，可测量物理量多的特点，在工程技术和科学研究上都有广泛的研究和应用。其测量对象有：位移，压力，应变，电流，电压，气体，振动，以及加速度等等，其中，应变指的是物体在外界力的作用下产生的形变量和物体长度的比值。目前，基于光纤的应变传感已经在很多领域有了广泛的应用，如桥梁、输油管道的结构安全监测预警，高温环境下发动机的应变测试，外科手术中的应变生理参数测量等等，体现了巨大的实用价值。

基于光纤的应变传感器有法布里玻罗传感器，布拉格光栅传感器，马赫增德尔干涉传感器，长周期光纤光栅传感器等，而其中光纤法布里玻罗传感器相比于其他的传感器具有较高的应变灵敏度，极低的温度应变交叉敏感度，较高的机械强度，较低的制造成本和紧凑的结构尺寸等优点。光纤法布里玻罗传感器核心结构就是利用光纤的两个端面和中间的空气或者介质形成的法布里玻罗腔，光通过这个腔可以形成多光束或者双光束或者三光束干涉，外界物理量如应变、温度等通过改变腔长而引起干涉的变化从而解调出待测量的变化。

这里，我们提出一种基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器及其制作方法，这种光纤微腔是一种被植入光纤内部的空气腔体结构，通常称为光纤气泡腔，绝大多数的法珀传感器就是这种结构。直接在光纤内部制造一个腔体并不简单，传统上，光纤气泡微腔的制造方法是化学腐蚀，激光加工，电弧放电，特殊光纤，或石英管等方法，用这些方法制作出来的光纤气泡腔的腔体大都是球体、类球体或者长方体，并且腔体的尺寸难以控制，灵敏度没有很高；通过一系列的加工工序也可以做出复杂的腔体结构，让干涉腔长和有效腔长不等，从而提高应变灵敏度，但这种方法获得的传感器会有机械强度小，工序复杂，尺寸较大的弱点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服上述现有技术的至少部分缺点，提供一种光纤法布里玻罗腔的应变传感器及其制作方法以及包含上述应变传感器的传感器装置。

为实现上述目的，本发明的光纤法布里玻罗腔的应变传感器采用以下技术方案：

根据本发明的一方面，提供一种基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器，包括第一端面的第一光纤以及包括第二端面的第二光纤，所述第一端面和第二端面对接后构成法布里玻罗腔，在法布里玻罗腔的内部有空气间隙。

在进一步的实施方案中，所述第一光纤的第一端面内形成一个环形凹槽，第一端面中间为一个圆柱。

在进一步的实施方案中，所述环形凹槽的外侧直径小于第一光纤的包层直径，所述圆柱直径大于光纤的纤芯直径大小。

在进一步的实施方案中，所述圆柱的位置在第一光纤的中心位置，所述圆柱的直径大于第一光纤的纤芯直径，圆柱的高度低于环形凹槽底部至凹槽顶部距离。

在进一步的实施方案中，所述第一光纤的第一端面和第二光纤的第二端面均经过处理后形成所述法布里玻罗腔体，或者仅所述第一光纤的第一端面经过处理后与所述第二光纤的第二端面对接后形成法布里玻罗腔。

在进一步的实施方案中，所述第一光纤和第二光纤分别为：单模光纤，多模光纤，或光子晶体光纤。

在进一步的实施方案中，所述第一光纤和第二光纤的对接方式为：电弧放电熔接，二氧化碳激光熔接，或胶水粘接。

根据本发明的又一方面，提供一种基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器的制作方法，包括：