创意无极限，仪表大发明。今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种基于微孔光学反射隔膜的光纤F-P多功能传感器。该专利由哈尔滨工业大学深圳研究生院申请，并于2017年8月1日获得授权公告。

 内容说明

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是一种光纤法布里-珀罗F-P传感器。

 发明背景

随着科学技术的迅速发展，人们开始追求传感器的小型化、轻量化，以及对恶劣环境的适应性。因此光纤传感器以其抗电磁干扰、耐腐蚀、易复用、灵敏度高、测量范围大，结构小巧等优点成为了近年来学者们研究的热点。常用的光纤传感器主要包括：基于马赫-增德尔干涉仪的传感器、法布里-珀罗干涉仪的传感器、萨尼亚克干涉仪的传感器、以及基于光纤光栅的传感器。其中基于法布里-珀罗(F-P)干涉仪的传感器是目前应用历史最长，技术最为纯熟、应用最为广泛的光纤传感器之一，已经成功被应用于温度、压力、位移、应变、超声、折射率、湿度、气体浓度等物理和化学参数的测量。现有的光纤F-P传感器的制作方法有很多，包括：端面镀膜法(将一段光纤焊接在两个镀有高反射膜光纤的中间形成F-P腔)、光栅成腔法(在一段光纤上刻蚀两个完全相同的布拉格光栅形成F-P腔)、飞秒刻蚀法(利用飞秒脉冲激光器在光线表面或内部刻蚀形成F-P腔)、空心光纤法(将空心光纤与常规光纤想熔接形成F-P腔)。然而依据上述方法做成的光纤F-P传感器，F-P腔的质量很容易受到加工技术的影响而且成本较高，往往只能对特定的单一参数进行检测。

 发明内容

本发明针对光纤F-P传感器体积超小型化、高探测灵敏度、探测功能多样化的需要，并考虑现有技术的不足，提供了一种基于微孔光学反射隔膜的光纤内置型F-P多功能传感器。

本发明通过以下技术方案实现。一种基于微孔光学反射隔膜的光纤F-P多功能传感器，包括：单模光纤、光纤毛细管、微孔光学反射隔膜；所述光纤毛细管的一端与所述单模光纤的一端通过熔接的方式连接，所述光纤毛细管的另一端和所述微孔光学反射隔膜通过粘接的方式连接；所述微孔光学反射隔膜上有微孔，所述光纤毛细管的中空部分作为所述光纤F-P多功能传感器的F-P干涉腔。

图为本发明光纤内置F-P多功能传感器的探头示意三维图

进一步地，所述微孔光学反射隔膜的厚度为100-300纳米。所述微孔光学反射隔膜通过使用微孔掩模板和金属气相沉积法或金属磁控溅射法制备。

本发明通过一定的连接方式将单模光纤-光纤毛细管-超薄微孔光学反射隔膜结合在一起，构成F-P干涉传感器。光束从单模光纤的末端和光学反射隔膜两个端面反射形成干涉，其干涉谱是腔长和腔内折射率的函数。当外界测量对象引起F-P腔长或腔内折射率的变化时，相应的反射的干涉光谱就会发生改变。通过干涉谱的变化，可最终解调出外界参数的变化。微孔光学反射隔膜采用了超薄的微孔结构设计，使得F-P腔能与外界环境相通，这种开腔式的结构设计使得本发明具有以下优势：⑴反射式F-P传感器的灵敏度与所用反射隔膜的厚度成反比，本发明所用微孔光学反射隔膜的厚度为100-300纳米，保证了本传感器具有极高的灵敏度。⑵外界高动态信号的扰动如声的/超声信号，会引起光学反射隔膜快速微小的形变，进而造成F-P腔长随信号的变化，使得本发明能够探测高动态的信号如声的/超声。⑶在液态的测量环境下，借助于微孔光学反射隔膜上的微孔，开腔式的结构设计能够将液体进入腔内，改变腔内的F-P腔的折射率。因此本发明传感器能够用来测量液体的折射率。⑷在高压环境中，开腔式的结构设计平衡了腔内外的压差，避免了因F-P腔内外的高压差造成的光学反射隔膜的撕裂与损坏，保证了本发明传感器能在高压条件下做业。⑸由于微孔的存在，水蒸气可经过光学反射隔膜的微孔进入到F-P腔内，改变腔内的折射率。因而本发明传感器能够用来测量空气的相对湿度。

除此之外本发明还具有光纤F-P传感器所共有的体积微型化、结构简单化、响应速率快、抗电磁干扰等优点。

来源：本文摘自中国仪表网