非本征法布里-珀罗腔光纤压力传感器研究进展.pdf

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1、2015拄仪表技术与2015第7期InstrumentTechniqueNo．7非本征法布里一珀罗腔光纤压力传感器研究进展吕涛(中国地质大学(武汉)数理学院，湖北武汉430074)摘要：基于敏感Fabry—Perot腔测量外界应变的光纤传感器近年来得到广泛的研究，介绍了国内外非本征Fabry．Perot腔光纤压力传感器发展的进程及实用化过程中迫切需要解决的关键问题，如传感器结构设计、敏感材料的选择，初始腔长的选择与控制，静态工作点的选择与自补偿等。关键词：光纤传感器；Fabry—Perot腔；敏感材料；静态工作点；腔长中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(

2、2015)07～0001—06ResearchAdvancesofExtrinsicFabry-PerotCavityOpticalFiberPressureSensorsLUTao(SchoolofMathematicsandPhysics，ChinaUniversityofGeosciences，Wuhan430074，China)Abstract：Optic~fibersensorsbasedonsensitiveFabry—Perotcavityhavebeenwidelyinvestigated，whichcanbeusedtomeas—ureoutsidestrains．

3、ThedevelopmentprocessofextrinsicFabry—Perotcavityopticalfiberpressuresensorsandsomecriticalproblemsneededtobesolvedinpracticewereallintroduced．Theseproblemsarerelevanttothestructuredesignofsensors，suchasselectingsensitivematerial，selectingoriginalcavitylengthanditscontrol，andpositingstaticopera

4、tionpointanditsself-compensation．Keywords：opticalfibersensor；Fabry—Perotcavity；sensitivematerial；staticoperationpoint；cavitylength0引言长L从而改变了相邻相干光束相位差妒，进而影响输出反射干光纤非本征Fabry—Perot腔(ExtrinsicFabry—PerotCavity，简涉光强，，因此腔长L是反映被测对象的关键参数。腔长信称EFPC)传感器具有抗电磁干扰、体积小、质量轻、结构简单、号L解调主要有相位解调和强度解调两种方法，相位解调通常成本低、避免

5、电火花、耐腐蚀、便于遥测和复用等许多优点，近采用傅里叶变换解调法、相关法、干涉条纹计数法等，年来得到广泛运用，可测量多种参量，如电流、角度、应用白光、波长可调谐或宽光谱”光源，通过、、L之间颅内压、压力[6-10]、浓度㈩、桥梁健康12-t3~、表面声波㈨、微的关系求出，这种方法可以克服光源功率波动及光纤弯曲能位移、温度、折射率、振动㈨、液位、湿度、量损耗等外界扰动的影响，因此国内外此类型传感器基本上都压力和温度]、表面应力【弛等。重庆大学、电子科技大学、使用相位解调，但解调装置价格昂贵、动态响应速度慢。强度哈尔滨工程大学、南京师范大学、大连理工大学、武汉理工大学解调通常用单色光源，

6、测量出，r而求出三，测量原理如图2所等单位近年来对此类型传感器进行了广泛的研究。示，在特定光波(如A=1．3p,m)和端面反射率条件下Ir／l0传统的光纤EFPC传感器结构如图1所示⋯，由输入光纤、(，n为人射光强)与腔长成近似的余弦函数关系，，r／，0是的反射光纤、毛细管或空心玻璃管构成，输入光纤和反射光纤分多值函数。如果外界某种因素(物理量、化学量、生物量等)作别从毛细管或空心玻璃管两端插入并被熔点固定，光纤端面之用于毛细管或空心玻璃管使得腔长三发生A／8线性微变化时，间为空气，光纤端面互相平行且组成EFPC。腔输出局部1／4周期曲线(上升沿一Ⅳ或下降沿P—Q部分，点因为传感器工

7、作时腔长减小)可选作为线性工作区，此时I,／Io■蔫强■是L的单值函数，通过测量输出反射干涉光能量就可间接测量誊＼i-i．)i．：．i-出待测量。■曩■＼导光纤L‘．—一反射光鲫1传统EFPC光纤传感器存在问题腔长工然而，传统EFPC光纤传感器主要缺点是：敏感长度是两光毛细管长D纤上的熔点间线性长度而非两光纤端面间距(腔长工)，所以制图1光纤EFPC传感器作好的传感器运用之前还要进行校准；不能保证被测量诱光束沿输入光纤射入微腔时，在两端面反射并沿原路返回导