本發明涉及一種光纖復合型雙腔結構，具體涉及一種非均勻法布里-珀羅諧振腔結構。

背景技術：

光纖傳感是以光波為載體，光纖為媒質，感知和傳輸外界被測量信號的新型傳感技術。光纖傳感器，具有耐腐蝕、抗電磁干擾、質量輕、器件小等特點，并在一些危險環境或是精細探測中，有重要應用。光纖傳感的應用領域十分廣泛，包括折射率傳感、溫度傳感、應力傳感等等。

壓力傳感的光纖傳感器由于其在工業檢測和環境檢測中的重要應用，近年來受到了越來越多的關注，而各種類型的液壓傳感器，比如基于光纖布拉格光柵、光子晶體光纖等，也是層出不窮。

法布里-珀羅諧振腔(F-P腔)的結構十分簡單易懂，其包括一個腔體和兩個反射界面。光在兩個反射界面的反射光相互干涉，可以通過測試干涉譜的峰值移動來對外界的環境變化做出探測。對于現有的基于F-P腔的光纖傳感器，F-P腔主要設置在光纖頭的位置，而其靠近探測信號的反射界面材質多種多樣，包括二氧化硅薄膜、聚合物薄膜、金屬薄膜等等，根據需探測信號的不同而變化，靈敏度也不盡相同。同時，也存在沒有薄膜的F-P腔的液壓傳感器，比如把光纖和空芯玻璃管熔接，就可以得到一個空氣泡類型的F-P腔，外界液體壓力的變化會引起空氣泡的伸縮，從而達到液壓傳感的目的。與薄膜型的F-P腔傳感器相比，雖然此方法的傳感靈敏度提升了一個數量級，但是它的結構仍需要優化，以進一步提高靈敏度。

技術實現要素：

本發明提供一種全新的F-P復合雙腔結構，通過控制復合雙腔兩部分的半徑比和長度比，來達到提高壓力靈敏度的目的。

本發明采用的技術方案如下：

一種提高光纖液壓傳感器靈敏度的復合雙腔結構，在光纖的一端同軸熔接兩段空芯管，兩段空芯管的半徑不相同。

進一步地，所述空芯管采用玻璃管。

若要獲得更高的液壓靈敏度，與光纖端面相接的空芯管的半徑和長度均小于與被測液體接觸的空芯管的半徑和長度。

本發明的復合雙腔結構簡單，易于制作，可操作強。與現有技術相比，本發明的復合雙腔結構使得液壓傳感靈敏度得到了大大的提升。

附圖說明

圖1是本發明復合腔的結構示意圖。

圖2是在一定范圍內，隨著雙腔半徑比和腔長比的變化，相應的傳感靈敏度的變化情況。

圖3是應用環路器，對液壓傳感器靈敏度進行探測的系統。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。

如圖1所示，將普通光纖與兩段不同的玻璃管熔接，形成一個非均勻的復合型法布里-珀羅諧振腔。反射界面1是空氣-液體界面，反射界面2是光纖-空氣界面。兩個空芯腔的長度分別為L₁和L₂。當將該傳感器放入液體中時，所形成的空氣氣泡會作為法布里-珀羅諧振腔。

本發明的原理如下：

F-P腔中的空氣在一定壓強范圍內，可以看做理想氣體，而滿足理想氣體狀態方程：

PV＝nRT。

其中，P，V，T分別為氣體壓強、氣體體積和溫度。而對于復合腔結構，兩段腔長分別設為L₁和L₂，腔的半徑分別設為r₁和r₂，那么

由于外界的壓力發生變化，從而導致空氣氣泡變化，進而所測得的干涉譜的峰會發生移動。而F-P腔干涉譜的峰值波長可以通過計算得出。其中，m為非負整數，為初始相位。將之與理想氣體狀態方程聯立，可以得到其液壓傳感靈敏度的計算公式：

其中，

圖3是本實施例液壓靈敏度測試系統。核心器件是一個環路器，它外接光源、復合雙腔結構的傳感器和光譜儀。將復合雙腔結構的傳感器放置入液體中，隨著液體壓力的變化，會使F-P腔的腔長發生改變，從而使得光譜發生移動。通過光譜的移動量，來反推出外部液體壓力的大小。

在一定的腔長比以及半徑比范圍內，設空芯腔1與液體相接觸且長度與直徑固定，那么空芯腔2腔長越小，直徑越小，靈敏度越高。從圖2中可以看出，在一定范圍內，隨著b與的增加，壓力傳感靈敏度是提升的，且提升幅度很大。當壓強為100kPa，波長為1550nm時，如果第一個腔和第二個腔完全等同，即為單腔模式，那么壓力靈敏度為-15.5nm/kPa。如果且即為復合雙腔結構，那么此時的壓力靈敏度為-1410.5nm/kPa，提升了近兩個數量級。這說明本發明可以通過控制復合雙腔的半徑比和腔長比，來達到提高壓力傳感靈敏度的目的。