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专利名称：一种光纤珐珀应变传感器结构的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤传感技术领域，涉及光纤珐珀应变传感器结构。
背景技术：
近年来，随着生物、医学、能源、环境、航天航空、军事等领域的快速发展，对传感器的微型化、轻量化、低能耗、耐恶劣环境能力等提出非常迫切的要求，微纳传感器已成为国际上的重大科技前沿热点之一。激光微加工技术的迅猛发展为研究新一代微纳光纤传感器件提供了新的技术手段，因此如何应用激光等现代微纳加工技术在光纤上实现各种微纳功能性传感器器件是未来光纤传感器发展的重要趋势，其中如何提高传感器灵敏度也是传感器领域中的一个十分前沿和重大的科学课题。
在光纤传感器中，作为温度、应变和压力测量的传感器主要是布拉格光纤光栅(FBG)和FP腔干涉仪，FBG由于其温度与其它被测量的交叉敏感性和在大应变下光谱畸变使其应用受到了较大的限制。珐珀传感器由于温度与其它被测量的交叉敏感性小的特点很适合温度、应变和压力测量。发明人之前申请的一个中国专利(CN200810305224. 8)，提出了一种用激光加工可测量应变的珐珀传感器，提高了一种光学性能好、量程可调的光纤珐珀传感器。该珐珀应变传感器的结构如图I所示，在两段对接的光纤端面中间位置加工一个微型槽，两段光纤对接后中间形成一个珐珀腔2。上述珐珀应变传感器的基本原理是由于外界力或热的作用改变传感器的腔长d，通过测量腔长的变化量得出传感器所受的力或热应变。腔长变化量为Ad可以表达为Ad = Le+AAT (I)其中e为应变，L为计量长度(gage length), A T为环境温度变化量，A是腔长受温度变化所产生的变化长度。如果保持环境温度不变或者忽略温度影响则上述公式可表达为Ad = Le(2)即可得应变计算公式e = Ad/L(3)上述珐珀应变传感器结构的腔长也就是其计量长度，即d = L，应变计算公式为e = Ad/d (4)由于限于现有加工条件的限制，难以保证两段对接光纤之间加工的珐珀腔的两个反射端面保持严格的平行，另外由于光纤非常纤细、容易弯曲引起珐珀腔变形，因此通常珐珀腔的腔长只能做到20mm以内。同时，受限于现有的测试条件，对于珐珀腔的腔长变化量为Ad所能达到的极限测量精度为10_3 ym，如果考虑到实际的噪声干扰等因素，实际腔长变化量Ad的极限测量精度远远达不到10_3i!m。由于以上两方面的原因，使得图I所示常规结构的光纤珐珀应变传感器可测应变范围无法满足某些测量高灵敏度微应变的场合需要，灵敏度有待进一步提闻。

发明内容
本发明针对现有光纤珐珀应变传感器范围无法满足某些测量高灵敏度微应变的场合需要，灵敏度有待进一步提高的技术问题，提供一种新型光纤珐珀应变传感器结构。该新型光纤珐珀应变传感器结构能够有效拓宽微应变的测量范围，具有更高的灵敏度。本发明解决技术问题所采用的技术方案是一种光纤珐珀应变传感器结构，如图2、3所示，包括两段对接的光纤3 ;每段对接光纤的对接端芯层处加工有一个圆形凹槽，所述圆形凹槽的直径大于等于芯层直径；每段对接光纤的对接端包层中加工有一个圆环形凹槽，所述圆环形凹槽具有以下特点1、其内径等于所述圆形凹槽的直径；2、其外径小于包层的外径；3、其槽深大于所述圆形凹槽的槽深。两段对接的光纤对接后对接端内部形成改进的珐珀腔，所述改进的珐珀腔由一个长度较长的圆环形空腔5内接一个长度较短的圆柱形空腔4形成。所述圆形凹槽的槽深在5 ii m IOmm之间；所述圆环形凹槽的槽深在20 ii m 20mm之间。本发明的实质是对光纤珐珀应变传感器的珐珀腔进行改进，将常规圆柱形珐珀腔改成一个由一个长度较长的圆环形空腔5内接一个长度较短的圆柱形空腔4形成的腔体结构。由于圆柱形空腔4外接了一个长度更长的圆环形空腔5，相当于增加了珐珀腔的计量长度L，如果成倍珐珀腔的计量长度L，则在应变测量时，相同应变引起的腔长变化量△ d的测量结果也会成倍增加，因此在现有珐珀腔的腔长变化量A d所能达到的极限测量精度条件下，本发明提供的光纤珐珀应变传感器结构能够测量更加微小的形变量，即能够提高光纤珐珀应变传感器结构的灵敏度，从而满足某些测量高灵敏度微应变的场合需要。另外，本发明提供的光纤珐珀应变传感器结构完全可采用现有的激光加工工艺制作，可实现大规模制造。


图I是普通光纤珐珀应变传感器结构示意图(轴向剖面)。图2是本发明所提出的光纤珐珀应变传感器结构示意图(轴向剖面)。图3是本发明所提出的光纤珐珀应变传感器结构示意图(横向断面)。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述实施范例步骤I、分别在两段对接光纤3的对接端芯层处用157nm激光器加工一个圆形凹槽，所述圆形凹槽的直径大于等于芯层直径，槽深在5 iim至IOmm之间；步骤2、分别在两段对接光纤3的对接端包层处用157nm激光器加工一个圆环形凹槽，所述圆环形凹槽具有以下特点1、其内径等于所述圆形凹槽的直径；2、其外径小于包层的外径；3、其槽深大于所述圆形凹槽的槽深(槽深在20 iim 20mm之间)；步骤3、将两段对接光纤对接端面对齐进行焊接，两段对接的光纤对接后对接端内部形成改进的珐珀腔，所述改进的珐珀腔由一个长度较长的圆环形空腔5内接一个长度较短的圆柱形空腔4形成。
具体实施结果根据本发明所提出的方法，用157nm激光器加工三支腔长(圆柱形空腔4的长度)相同但计量长度(圆环形空腔5的长度)不同的应变传感器，其中传感器I采用图I所示常规结构，传感器2和3采用本发明所述的结构，具体参数如下表I所示
权利要求
1.一种光纤法拍应变传感器结构，包括两段对接的光纤(3);每段对接光纤的对接端芯层处加工有一个圆形凹槽，所述圆形凹槽的直径大于等于芯层直径；每段对接光纤的对接端包层中加工有一个圆环形凹槽，所述圆环形凹槽具有以下特点1、其内径等于所述圆形凹槽的直径；2、其外径小于包层的外径；3、其槽深大于所述圆形凹槽的槽深；两段对接的光纤对接后对接端内部形成改进的法拍腔，所述改进的法拍腔由一个长度较长的圆环形空腔(5)内接一个长度较短的圆柱形空腔(4)形成。
2.根据权利要求I所述的光纤珐珀应变传感器结构，其特征在于，所述圆形凹槽的槽深在5 ii m IOmm之间；所述圆环形凹槽的槽深在20 y m 20mm之间。
全文摘要
一种光纤珐珀应变传感器结构，属于光纤传感技术领域。包括两段对接的光纤；每段对接光纤的对接端芯层处具有圆形凹槽(直径大于等于芯层直径)；每段对接光纤的对接端包层中具有圆环形凹槽(内径等于圆形凹槽直径、外径小于包层外径、槽深大于圆形凹槽的槽深)；两段光纤对接后对接端内部形成改进的珐珀腔(由一个长度较长的圆环形空腔内接一个长度较短的圆柱形空腔形成)。本发明通过对光纤珐珀应变传感器的珐珀腔进行改进，相当于增加了珐珀腔的计量长度，在应变测量时，相同应变引起的腔长变化量的测量结果也会增加，因此在现有腔长变化量的测量精度下，能够测量更加微小的形变量，具有更高的灵敏度，从而满足某些测量高灵敏度微应变的场合需要。
文档编号G01B11/16GK102645175SQ201210095930
公开日2012年8月22日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者冉曾令, 李成, 陈俊, 饶云江 申请人:无锡成电光纤传感科技有限公司