一種微泡探針及壓力感測系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種微泡探針，包括光纖、微泡腔和壓力探針，所述微泡腔設置于所述光纖的一端面上，所述壓力探針設置于所述微泡腔的外側上；所述微泡腔的腔壁上具有末端區域和環繞區域，所述環繞區域受力可形變，其所在平面垂直于所述光纖的軸向；所述壓力探針位于所述末端區域上，其軸向平行于所述光纖的軸向；所述光纖中朝向所述微泡腔的端面與所述微泡腔的末端之間構成法布里

【技術實現步驟摘要】
一種微泡探針及壓力感測系統


[0001]本技術涉及傳感技術，尤其涉及一種微泡探針及壓力感測系統。

技術介紹

[0002]在微型系統、微流控系統以及類似系統中，常常需要對施加在微小部件上的力進行傳感，在制備、加工、組裝這些系統時，實時的力學信息能夠幫助操作者采取合理方式完成作業。以往使用的力學傳感器大多基于微機電系統，即微機電力學傳感器（MEMSForceSensors）。經過數十年的發展，微機電力學傳感器已經較為成熟，在工程中有著廣泛的應用，然而，其較大的尺寸和電學本質限制了其的應用，使得其無法在微小尺度下、各類液體環境、高溫和超低溫環境、強腐蝕性環境中工作，且會受到電磁干擾。
[0003]由于光纖本身的材料及光學特性，光纖傳感器能夠免受電磁干擾的影響，且能夠耐受高溫和超低溫，在各種液體和氣體環境中都能穩定工作。基于光纖的力學傳感器成為了力學測量的新解決方案。
[0004]專利號為CN201410173102.3的中國專利中公開了一種基于光纖FP干涉儀的壓力傳感器，包括光纖；所述光纖端部具有一FP腔；所述FP腔的靠近光纖端部的氣泡壁的厚度在被所述光纖軸芯穿過的位置處最薄，由該位置向其外圍逐漸增厚。如圖1
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3所示，該壓力傳感器的FP腔801中靠近光纖端部的氣泡壁（圖1中虛線所示區域）就是該壓力傳感器的壓力敏感區域，進行壓力檢測時，將光纖的FP腔801所在端部置于待檢測壓力的環境中，另一端連接光譜儀等光譜分析儀器。光纖的FP腔801所在端部處于壓力環境中時，環境對FP腔801施加的壓力如圖2箭頭所示。如圖3所示，L為FP腔801未受到環境壓力時，其沿光纖軸向的腔長。當FP腔801受到一個環境壓力P時，其壓力敏感區域因受到環境壓力會向內凹，從而導致FP腔801沿光纖軸向的腔長縮短相應的長度ΔL。通過實驗發現，ΔL與P之間具有對應關系，而FP腔801沿光纖軸向的腔長與經FP腔801反射回的激光光譜的自由譜寬之間也存在對應關系，因此，通過檢測經FP腔801反射回的激光光譜的自由譜寬可檢測出FP腔801沿光纖軸向的腔長，從而檢測出ΔL，進而檢測出環境壓力P。
[0005]上述壓力傳感器的FP腔的氣泡壁最薄處既是該壓力傳感器的壓力敏感區域，用于在環境壓力下產生形變，也是該壓力傳感器的壓力承受區域，用于直接承受環境壓力的作用。最薄處的氣泡壁由于太薄且直接受力，若環境壓力太大的話，會直接出現破碎、破裂的情況，故該壓力傳感器無法用于測量較大的環境壓力；同時，該壓力傳感器的壓力敏感區域是一個可形變的球面，與被測物之間僅能夠面接觸，而無法點接觸，故僅能夠用于氣壓、液壓等大范圍的環境壓力的測量，而無法用于接觸式按壓所產生的壓力、位移、目標楊氏模量等單個點的壓力測量。

技術實現思路

[0006]為了解決上述現有技術的不足，本技術提供一種微泡探針，可提高壓力測量的上限值，同時實現對被測物上單個點的壓力測量。
[0007]本技術還提供一種壓力感測系統，包括上述微泡探針。
[0008]本技術所要解決的技術問題通過以下技術方案予以實現：
[0009]一種微泡探針，包括光纖、微泡腔和壓力探針，所述微泡腔設置于所述光纖的一端面上，所述壓力探針設置于所述微泡腔的外側上，所述光纖中朝向所述微泡腔的端面與所述微泡腔的末端之間構成法布里
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珀羅腔；所述微泡腔的腔壁上具有末端區域和環繞區域，所述環繞區域受力可形變，其所在平面垂直于所述光纖的軸向；所述壓力探針位于所述末端區域上，其軸向平行于所述光纖的軸向。
[0010]進一步地，所述環繞區域的壁厚小于所述末端區域的壁厚。
[0011]進一步地，所述微泡腔的腔壁在所述環繞區域處壁厚最小。
[0012]進一步地，所述光纖包括纖芯和包層。
[0013]進一步地，所述包層與所述微泡腔的腔壁相連接，所述纖芯與所述微泡腔的氣腔相連接。
[0014]進一步地，還包括石英管椎部，所述石英管椎部連接于所述光纖和微泡腔之間。
[0015]進一步地，所述光纖為單模光纖或多模光纖。
[0016]一種壓力感測系統，包括寬帶光源、3dB耦合器、光譜儀以及上述的微泡探針，所述寬帶光源和光譜儀通過所述3db耦合器連接至所述微泡探針中光纖的另一端面。
[0017]進一步地，還包括計算控制裝置，所述計算控制裝置與所述信號解調裝置通訊連接。
[0018]進一步地，所述計算控制裝置為個人電腦
[0019]本技術具有如下有益效果：該微泡探針將所述微泡腔上的末端區域和環繞區域分離，所述末端區域直接與壓力接觸，受力時沿壓力方向發生平移，所述環繞區域不直接與壓力接觸，而是在所述末端區域的平移擠壓下發生形變，進而引起所述微泡腔的腔長變化，由于所述環繞區域不直接與壓力接觸，所述末端區域將所受的壓力從所述微泡腔的末端傳遞到所述微泡腔的赤道面上，相當于增大了壓力的作用面，降低了所述環繞區域所受到的壓強大小，可避免所述環繞區域出現破碎、破裂的情況，提高了壓力的測量上限；同時通過增設的壓力探針與被測物上的單個點進行接觸受力，可實現接觸式按壓所產生的壓力、位移、目標楊氏模量等單個點的壓力測量。
附圖說明
[0020]圖1為現有的壓力傳感器的結構示意圖；
[0021]圖2為現有的壓力傳感器的FP腔受到環境壓力示意圖；
[0022]圖3為現有的壓力傳感器的FP腔受到環境壓力時，其沿光纖軸向的腔長變化示意圖；
[0023]圖4為本技術提供的微泡探針的結構示意圖；
[0024]圖5為本技術提供的微泡探針的受力示意圖；
[0025]圖6為本技術提供的另一微泡探針的結構示意圖；
[0026]圖7為本技術提供的壓力感測系統的原理示意圖。
具體實施方式
[0027]下面結合附圖和實施例對本技術進行詳細的說明，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本技術，而不能理解為對本技術的限制。
[0028]在本技術的描述中，需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本技術和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本技術的限制。
[0029]此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者多個該特征。在本技術的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
[0030]在本技術中，除本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種微泡探針，包括光纖和微泡腔，所述微泡腔設置于所述光纖的一端面上，所述光纖中朝向所述微泡腔的端面與所述微泡腔的末端之間構成法布里
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珀羅腔；其特征在于，還包括壓力探針，所述壓力探針設置于所述微泡腔的外側上；所述微泡腔的腔壁上具有末端區域和環繞區域，所述環繞區域受力可形變，其所在平面垂直于所述光纖的軸向；所述壓力探針位于所述末端區域上，其軸向平行于所述光纖的軸向。2.根據權利要求1所述的微泡探針，其特征在于，所述環繞區域的壁厚小于所述末端區域的壁厚。3.根據權利要求2所述的微泡探針，其特征在于，所述微泡腔的腔壁在所述環繞區域處壁厚最小。4.根據權利要求1所述的微泡探針，其特征在于，所述光纖包括纖芯和包層。5.根據權利要求4所述的微泡探針，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉博男，劉申，洪桂清，張強，廖常銳，王義平，
申請(專利權)人：深圳大學，
類型：新型
國別省市：