基于光子晶体的高温压力传感器的制作方法

1.本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及到一种基于光子晶体的高温压力传感器。


背景技术：

2.发动机又称机器运转的“心脏”，是提供整个装置运行的重要供能单元。发展航海领域是国家重要的国防战略，而其核心部件发动机性能提升和结构可靠性的判断依赖于各种有效的测试手段。在发动机中，燃气轮机将空气压缩进入燃烧室使之与燃料混合燃烧，此过程会形成高温高压的环境，发动机在此环境及常温下进行压力精密测试就对传感器的抗高温能力、抗电磁和环境辐射能力等多个方面提出了十分苛刻的要求，是目前测试方面长期存在的一个关键性问题。另一方面，随着现代光学技术、光电子检测技术、数字图像处理技术和图像采集设备的迅猛发展，利用光学方法实现应变测量与监测的光测力学技术和光纤传感技术，己经成为力学特性测试、测量和监测中的重要分支。特别是光纤传感器，作为传感器领域的佼佼者，是用于感测、转换和监控环境信息的多学科融合型新传感技术，已成为高新技术产业的宠儿。由于光纤本身独特的优点，使得其在传感领域有了更大的舞台，特别是在发动机性能监测领域，为了实现对高温高压环境下对机器性能的精确测量，设计出一种对温度和压力同时测量的光纤传感器非常能满足当前发动机领域的需要。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种设计合理、体积小、灵敏度高、结构简单的基于光子晶体的高温压力传感器。
4.解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于光子晶体的高温压力传感器，单模光纤的一端熔接有柚子型光子晶体光纤，单模光纤的中心线与柚子型光子晶体光纤的中心线重合、单模光纤与柚子型光子晶体光纤的包层直径相同，柚子型光子晶体光纤与单模光纤熔接处加工有空气腔a为法布里
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珀罗干涉腔，单模光纤和柚子型光子晶体光纤外套装有刚玉管，使柚子型光子晶体光纤与单模光纤的熔接位置位于刚玉管内，刚玉管的一端通过胶与单模光纤固定。
5.作为一种优选的技术方案，所述的柚子型光子晶体光纤的长度为80μm～150μm。
6.作为一种优选的技术方案，所述的柚子型光子晶体光纤3为六孔柚子型光子晶体光纤。
7.作为一种优选的技术方案，所述的六孔柚子型光子晶体光纤的包层直径为125μm，纤芯截面为不规则六边形，纤芯周向均匀分布有6个气孔，相邻两气孔的孔心距为7.7μm，所述的气孔横向孔径为19.7μm、纵向孔径为15μm。
8.作为一种优选的技术方案，所述的胶为铸工胶。
9.本实用新型的有益效果如下：
10.当环境温度升高时，光在单模光纤和柚子型光子晶体光纤中传播的反射光谱会发
生明显的漂移，可获得较高的温度灵敏度；当环境气压发生增大时，法布里
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珀罗干涉腔腔长会随之发生改变，整个传感器具有较高的压力灵敏度；这种由单模光纤和柚子型光子晶体光纤组成的传感器，柚子型光子晶体光纤的长度不同，对应的传感器灵敏度也不同，具有制造简单，重复性好，在大的动态范围内具有良好的稳定性的优点，有利于实际的温度测量和大批量生产。
附图说明
11.图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
12.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明，但本实用新型不限于下述的实施方式。
13.实施例1
14.在图1中，本实施例的基于光子晶体的高温压力传感器由单模光纤1、刚玉管2、柚子型光子晶体光纤3连接构成，单模光纤1的一端熔接有柚子型光子晶体光纤3，单模光纤1的中心线与柚子型光子晶体光纤3的中心线重合、单模光纤1与柚子型光子晶体光纤3的包层直径相同，柚子型光子晶体光纤3为六孔柚子型光子晶体光纤，长度为110μm，包层直径为125μm，纤芯截面为不规则六边形，纤芯周向均匀分布有6个气孔，相邻两气孔的孔心距为7.7μm，所述的气孔横向孔径为19.7μm、纵向孔径为15μm，柚子型光子晶体光纤3与单模光纤1熔接处形成有空气腔a为法布里
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珀罗干涉腔，单模光纤1和柚子型光子晶体光纤3外套装有刚玉管2，使柚子型光子晶体光纤3与单模光纤1的熔接位置位于刚玉管2内，刚玉管2的一端通过铸工胶4与单模光纤1固定。
15.由于单模光纤1和柚子型光子晶体光纤3的纤芯折射率不匹配，当使用特定的参数熔接时，柚子型光子晶体光纤3会产生塌陷，形成一个空气腔a，当从单模光纤1传播的一束光到达空气腔a的左端面时由于传播介质折射率的突然改变发生第一次菲涅尔反射，该反射光表示为第一反射光，之后透射的光分别在空气腔a的右端面和光子晶体的右端面发生第二、第三次菲涅尔反射，得到第二反射光和第三反射光，光在三个反射面之间来回反射，形成多光束干涉，部分反射光会沿着原路返回，相遇后再次发生干涉，形成一个类游标效应的反射谱，由于反射谱的包络只对压力的变化有响应，对外界温度变化的响应为零，通过跟踪反射谱包络的漂移来追踪外界压力的变化，本实用新型的温度响应是基于光纤的热光效应和热膨胀效应，当法布里
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珀罗干涉腔处在温度变化的外界环境中时，法布里
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珀罗干涉腔由于受到热膨胀的作用会发生相应的变化，同法布里
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珀罗干涉腔的有效折射率也会产生变化，从而影响干涉谱线发生漂移，因此，通过追踪反射谱的波峰漂移来监测外界温度的变化，实现了温度和压力同时区分测量。
16.实施例2
17.在本实施例中，单模光纤1的一端熔接有柚子型光子晶体光纤3，柚子型光子晶体光纤3的长度为80μm，单模光纤1和柚子型光子晶体光纤3外套装有刚玉管2，使柚子型光子晶体光纤3与单模光纤1的熔接位置位于刚玉管2内，刚玉管2的一端通过铸工胶4与单模光纤1固定。其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。
18.实施例3
19.在本实施例中，单模光纤1的一端熔接有柚子型光子晶体光纤3，柚子型光子晶体光纤3的长度为80μm，单模光纤1和柚子型光子晶体光纤3外套装有刚玉管2，使柚子型光子晶体光纤3与单模光纤1的熔接位置位于刚玉管2内，刚玉管2的一端通过铸工胶4与单模光纤1固定。其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。


技术特征：
1.一种基于光子晶体的高温压力传感器，其特征在于：单模光纤(1)的一端熔接有柚子型光子晶体光纤(3)，单模光纤(1)的中心线与柚子型光子晶体光纤(3)的中心线重合、单模光纤(1)与柚子型光子晶体光纤(3)的包层直径相同，柚子型光子晶体光纤(3)与单模光纤(1)熔接处加工有空气腔(a)为法布里
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珀罗干涉腔，单模光纤(1)和柚子型光子晶体光纤(3)外套装有刚玉管(2)，使柚子型光子晶体光纤(3)与单模光纤(1)的熔接位置位于刚玉管(2)内，刚玉管(2)的一端通过胶与单模光纤(1)固定。2.根据权利要求1所述的基于光子晶体的高温压力传感器，其特征在于：所述的柚子型光子晶体光纤(3)的长度为80μm～150μm。3.根据权利要求1或2所述的基于光子晶体的高温压力传感器，其特征在于：所述的柚子型光子晶体光纤(3)为六孔柚子型光子晶体光纤。4.根据权利要求3所述的基于光子晶体的高温压力传感器，其特征在于：所述的六孔柚子型光子晶体光纤的包层直径为125μm，纤芯截面为不规则六边形，纤芯周向均匀分布有6个气孔，相邻两气孔的孔心距为7.7μm，所述的气孔横向孔径为19.7μm、纵向孔径为15μm。5.根据权利要求1所述的基于光子晶体的高温压力传感器，其特征在于：所述的胶为铸工胶(4)。

技术总结
一种基于光子晶体的高温压力传感器，单模光纤的一端熔接有柚子型光子晶体光纤，单模光纤的中心线与柚子型光子晶体光纤的中心线重合、单模光纤与柚子型光子晶体光纤的包层直径相同，柚子型光子晶体光纤与单模光纤熔接处加工有空气腔a为法布里


技术研发人员：杨杭洲 党文杰 韩钊 朱加杰 刘鑫 淡金肖 李泽仁
受保护的技术使用者：西北大学
技术研发日：2021.05.31
技术公布日：2021/11/21