【中國儀表網 儀表專利】創意無極限，儀表大發明。今天為大家介紹一項國家發明授權專利――一種基于微孔光學反射隔膜的光纖F-P多功能傳感器。該專利由哈爾濱工業大學深圳研究生院申請，并于2017年8月1日獲得授權公告。
 

　　內容說明
 

　　本發明涉及光纖傳感技術領域，特別是一種光纖法布里-珀羅F-P傳感器。
 

　　發明背景
 

　　隨著科學技術的迅速發展，人們開始追求傳感器的小型化、輕量化，以及對惡劣環境的適應性。因此光纖傳感器以其抗電磁干擾、耐腐蝕、易復用、靈敏度高、測量范圍大，結構小巧等優點成為了近年來學者們研究的熱點。常用的光纖傳感器主要包括：基于馬赫-增德爾干涉儀的傳感器、法布里-珀羅干涉儀的傳感器、薩尼亞克干涉儀的傳感器、以及基于光纖光柵的傳感器。其中基于法布里-珀羅(F-P)干涉儀的傳感器是目前應用歷史最長，技術最為純熟、應用最為廣泛的光纖傳感器之一，已經成功被應用于溫度、壓力、位移、應變、超聲、折射率、濕度、氣體濃度等物理和化學參數的測量。現有的光纖F-P傳感器的制作方法有很多，包括：端面鍍膜法(將一段光纖焊接在兩個鍍有高反射膜光纖的中間形成F-P腔)、光柵成腔法(在一段光纖上刻蝕兩個完全相同的布拉格光柵形成F-P腔)、飛秒刻蝕法(利用飛秒脈沖激光器在光線表面或內部刻蝕形成F-P腔)、空心光纖法(將空心光纖與常規光纖想熔接形成F-P腔)。然而依據上述方法做成的光纖F-P傳感器，F-P腔的質量很容易受到加工技術的影響而且成本較高，往往只能對特定的單一參數進行檢測。
 

　　發明內容
 

　　本發明針對光纖F-P傳感器體積超小型化、高探測靈敏度、探測功能多樣化的需要，并考慮現有技術的不足，提供了一種基于微孔光學反射隔膜的光纖內置型F-P多功能傳感器。
 

　　本發明通過以下技術方案實現。一種基于微孔光學反射隔膜的光纖F-P多功能傳感器，包括：單模光纖、光纖毛細管、微孔光學反射隔膜；所述光纖毛細管的一端與所述單模光纖的一端通過熔接的方式連接，所述光纖毛細管的另一端和所述微孔光學反射隔膜通過粘接的方式連接；所述微孔光學反射隔膜上有微孔，所述光纖毛細管的中空部分作為所述光纖F-P多功能傳感器的F-P干涉腔。
 

圖為本發明光纖內置F-P多功能傳感器的探頭示意三維圖
 

　　進一步地，所述微孔光學反射隔膜的厚度為100-300納米。所述微孔光學反射隔膜通過使用微孔掩模板和金屬氣相沉積法或金屬磁控濺射法制備。
 

　　本發明通過一定的連接方式將單模光纖-光纖毛細管-超薄微孔光學反射隔膜結合在一起，構成F-P干涉傳感器。光束從單模光纖的末端和光學反射隔膜兩個端面反射形成干涉，其干涉譜是腔長和腔內折射率的函數。當外界測量對象引起F-P腔長或腔內折射率的變化時，相應的反射的干涉光譜就會發生改變。通過干涉譜的變化，可最終解調出外界參數的變化。微孔光學反射隔膜采用了超薄的微孔結構設計，使得F-P腔能與外界環境相通，這種開腔式的結構設計使得本發明具有以下優勢：⑴反射式F-P傳感器的靈敏度與所用反射隔膜的厚度成反比，本發明所用微孔光學反射隔膜的厚度為100-300納米，保證了本傳感器具有極高的靈敏度。⑵外界高動態信號的擾動如聲的/超聲信號，會引起光學反射隔膜快速微小的形變，進而造成F-P腔長隨信號的變化，使得本發明能夠探測高動態的信號如聲的/超聲。⑶在液態的測量環境下，借助于微孔光學反射隔膜上的微孔，開腔式的結構設計能夠將液體進入腔內，改變腔內的F-P腔的折射率。因此本發明傳感器能夠用來測量液體的折射率。⑷在高壓環境中，開腔式的結構設計平衡了腔內外的壓差，避免了因F-P腔內外的高壓差造成的光學反射隔膜的撕裂與損壞，保證了本發明傳感器能在高壓條件下做業。⑸由于微孔的存在，水蒸氣可經過光學反射隔膜的微孔進入到F-P腔內，改變腔內的折射率。因而本發明傳感器能夠用來測量空氣的相對濕度。
 

　　除此之外本發明還具有光纖F-P傳感器所共有的體積微型化、結構簡單化、響應速率快、抗電磁干擾等優點。