[发明专利]基于3乘3耦合器的光纤干涉型压力传感器

摘要

本发明公开了一种基于3乘3耦合器的光纤干涉型压力传感器，其是由半导体激光器，隔离器，平行排列3*3耦合器，导光光纤，压力敏感探头，参考光纤绕环，法拉第旋镜，光电探测器，上位机解调系统组成。压力敏感探头是压力传感的关键部分，主要原理是将外部压力变化转化为光纤长度等物理特性的变化，进而引起整个迈克尔逊干涉结构中参考臂和信号臂之间长度的变化和传感光纤中光的相位信号的变化，通过干涉，相位信号的变化转化为光强信号的变化，通过解调光电探测器探测到的光强信号，可以实现相位信号变化的测量，进而可以反演出压力信号的变化。本发明可以实现压力信号的测量，本质安全并且具有高精度，高灵敏度，结构简单，调试方便，耐腐蚀抗干扰的特点。

主权项

1.一种基于3*3耦合器的光纤干涉型压力传感器，具体包括半导体激光器(1)，隔离器(2)，平行排列3*3耦合器(3)，第一导光光纤(4)，第二导光光纤(5)，压力敏感探头(6)，参考光纤绕环(7)，第一法拉第旋镜(8)，第二法拉第旋镜(9)，第一光电探测器(10)，第二光电探测器(11)，上位机解调系统(12)；其特征在于：半导体激光器的输出端与隔离器的输入端相连，隔离器的输出端与平行排列3*3耦合器的一个输入端相连，耦合器有三个输出端，取其中的两个输出端其中一路与第一导光光纤相连后与压力敏感探头和法拉第旋镜依次相连；另一路与第二导光光纤相连后与参考光纤绕环和法拉第旋镜依次连接；压力探头和参考光纤绕环分别构成了迈克尔逊干涉的信号臂和参考臂；与耦合器输入端同侧的两个端口分别作为输出端与光电探测器相连后接入上位机解调系统；光纤干涉结构中的压力敏感探头包括敏感探头壳体(13)，敏感探头承重体(14)，第一同轴柱体(15)，传感光纤(16)，硅胶层(17)，第二同轴柱体(18)组成；敏感探头承重体(14)与第二同轴柱体(18)相连，第一同轴柱体(15)与敏感探头壳体(13)相连，传感光纤(16)缠绕在第一同轴柱体(15)和第二同轴柱体(18)之上，硅胶层(17)涂在传感光纤(16)外层；当外界压力变化的时候，敏感探头承重体会上下移动，由于第一同轴柱体与壳体固定，承重体上下移动会使得传感光纤拉伸会压缩，硅胶层保证了缠绕的传感光纤不会因为外力变化而错乱，传感光纤的拉伸会使得整个系统中参考臂和信号臂间的光信号的相位发生变化，通过解调相位变化可以反演出压力变化；基于3乘3耦合器的光纤干涉型压力传感器是基于迈克尔逊干涉的原理，实现相位差的判断，并利用平行排列3*3耦合器的性质实现相位改变方向的判断，从而实现压力变化的测量；其中，压力信号作用于压力传感探头中的导光光纤，使导光光纤中光的相位信号发生改变，在迈克尔逊干涉结构中，由于压力传感器所构成的信号臂和参考绕环所构成的参考臂之间的相位信号发生改变，干涉后的输出会发生改变，光电探测器将干涉信号转化为光强信号，并且由于平行排列3*3耦合器之间的弱耦合特性，干涉后由平行排列3*3耦合器输出的两路信号具有固定的相位差2π/3,根据条纹计数法可以实现信号的解调，将相位信号从光强信号解调出来，由相位信号和压力信号的线性关系，进而实现压力的测量；所述导光光纤和传感光纤均为纤芯直径为9um的光纤。