专利名称：基于法布里珀罗腔的光纤传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学行业传感器技术领域，尤其涉及一种基于法布里珀罗腔的光纤传感器。
背景技术：
当前世界石油工业的发展面临严峻挑战，勘探开发环境越来越恶劣，勘探开发目标越来越复杂。石油公司希望通过测井作业，能够实时的采集数据，更快速的识别目的层的温度和压力等基本物理参数；同时要求测井作业能够在日益复杂的井筒条件下和更恶劣的环境中顺利实施；降低成本的压力，要求测井作业最少的占用井场时间，提高测井效率。正是在这样的需求形势下，随井探测技术作为一种先进的测井技术被广泛运用到人斜度井、多分支井、水平井等各种复杂情况下的石油勘探开发中。随着石油勘探技术的发展，石油工业对随井探测技术提出了简单高效、低成本、高灵敏度的进一步需求，因此，随井探测仪器正将向着小尺寸、低成本、高灵敏度的方向发展。2012年I月沙特阿拉伯国家石油公司首次报道了一种基于微型“跟踪器”的无线随井探测系统，引起了石油探测领域的极大关注，该系统的核心器件被称为“tracer” (跟踪器)，其尺寸直径小于lcm，其中微型化光学传感器属于关键模块。光纤F-P压力传感器是微型化光学传感器的一种实现方式。基于非本征腔结构的光纤F-P型传感器具有较小的温度和压力交叉敏感度，可长期工作在高温高压环境，且具有测量响应快、可实时检测等优点，是石油勘探测量的研究热点。R. G. May和A. Wang等人从1999年起，将非本征型F-P传感器应用于油井下压力的测量研究中，展示出了该类传感器在油井应用中的广阔前景。2009年，S.H. Aref等人采用机械换能器实现了用于井下高压环境的非本征光纤F-P压力传感器。2011年，P. P. Anish等人采用金属膜片和单模光纤制成非本征F-P压力传感器。2011年，G. Fusiek等人报道了采用光纤和金属丝组成的新型F-P型传感器。如图I所不，现有技术的F-P型传感器中，光纤和金属丝被固定在套管内，光纤和金属丝的光滑端面形成一 F-P腔，当外界压力变化时，引起腔长变化，从而使得谐振波长发生变化，通过检测谐振波长的变化可以实现压力测量。申请人:发现现有技术基于F-P传感器的光纤传感器采用波长调制技术，需要可调谐激光器或者光谱仪等波长相关设备，难以实现解调部分微型化。此外，解调信号的传输采用有线传输方式，故障率和成本均较高，并且使用不方便。

发明内容
(一 )要解决的技术问题为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种基于法布里珀罗腔的光纤传感器，以采用波长调制以外的方式实现物理量测量。( 二 )技术方案根据本发明的一个方面，提供了一种基于法布里珀罗腔的光纤传感器，包括探测光源；光纤法布里珀罗腔，位于探测光源的光路后端，其腔长随其所承受物理量的变化而变化，探测光在其两侧面多次反射形成干涉条纹，并从其远离探测光源的一端射出；光学探测器，位于光纤法布里珀罗腔的光路后端，用于接收从光纤法布里珀罗腔远离探测光源的一端射出的探测光；以及伺服电路模块，用于控制探测光源发射探测光，并利用光学探测器接收的探测光的强度，反演光纤法布里珀罗腔所承受物理量。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明基于光纤法布里珀罗腔的光纤传感器具有以下有益效果(I)本发明中，由于采用强度解调技术，不需要昂贵且大尺寸的波长相关器件，所以简化了整个传感器的尺寸，同时也减低了传感器的成本；
(2)由于采用了混合集成电路技术，把驱动电路、光电探测电路、数据处理和无线收发电路进行了整合，实现了光信号到电信号的转化，进而摆脱了光纤传感器必须依赖有线传输的工作方式。


图I是现有技术基于法布里珀罗腔的光纤传感器的结构示意图；图2是本发明实施例基于法布里珀罗腔的光纤传感器的结构示意图；图3是本发明实施例基于法布里珀罗腔的光纤传感器的传感原理示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。且在附图中，以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。为了更好的描述本发明，首先对本发明所涉及的各组成部分、元件编号如下I-发光二极管；2-滤光片；3-光纤法布里珀罗(F-P)腔； 4-光电探测器；5-伺服电路模块；6-灌封胶。在本发明的一个示例性实施例中，提出了一种基于法布里珀罗(F-P)腔的光纤传感器。图2是本发明实施例基于法布里珀罗腔的光纤传感器的结构示意图。如图2所示，该基于法布里珀罗腔的光纤传感器包括探测光源，包括发光二极管I和滤光片2，用于产生探测光；光纤法布里珀罗(F-P)腔3，位于探测光源的光路后端，所述探测光在其两侧面多次反射形成干涉条纹，并从其远离探测光源的一端射出，该光纤法布里珀罗(F-P)腔的腔长随其所承受物理量的变化而变化；光学探测器4，位于光纤法布里珀罗腔的光路后端，用于接收从光纤法布里珀罗(F-P)腔远离探测光源的一端射出的探测光；伺服电路模块5，与所述探测光源和所述光学探测器4电性连接，用于控制所述探测光源发射探测光，并利用所述光学探测器4接收的探测光的强度，反演所述光纤法布里珀罗(F-P)腔所承受物理量。其中，所述探测光源、光纤法布里珀罗(F-P)腔3和光学探测器通过光学胶粘结固定，构成透射式线性结构，该透射式线性结构和所述伺服电路模块通过灌装胶6进行整体封装。本实施例中，所述物理量为压力、温度或其他物理量。通过检测法布里珀罗(F-P)腔腔长的变化，就可以反演出该光纤传感器周围的温度、压力等参数，从而实现了随井探测，由于采用强度解调技术，不需要昂贵且大尺寸的波长相关器件，所以简化了整个传感器的尺寸，同时也减低了传感器的成本。同时，本发明还具有测量响应快、可实时检测等优点。以下分别对其中的部件进行详细说明。如图2所示，探测光源由发光二极管I和滤光片2构成，两者之间通过光学胶进行粘结固定。其中，该发光二极管I所发出的光，其中心波长优选为850nm,带宽35nm,强度lmW。所述滤光片为窄带滤光片，其中心频率为850nm，带宽小于10nm。光纤法布里珀罗(F-P)腔(3)为基于光纤端面反射形成的弱反射法布里珀罗(F-P)腔。图3是本发明实施例基于法布里珀罗腔的光纤传感器的传感原理示意图。以下结合图3，介绍一下强度解调型的光纤F-P腔传感原理。如图3左侧所示，在光垂直入射F-P腔时，光经两反射面多次反射形成干涉条纹，透射光的光强表不为
权利要求
1.一种基于法布里珀罗腔的光纤传感器，包括 探测光源，用于产生探测光； 光纤法布里珀罗腔，位于所述探测光源的光路后端，其腔长随其所承受物理量的变化而变化，所述探测光在其两侧面多次反射形成干涉条纹，并从其远离探测光源的一端射出； 光学探测器，位于所述光纤法布里珀罗腔的光路后端，用于接收从所述光纤法布里珀罗腔远离探测光源的一端射出的探测光；以及 伺服电路模块，与所述探测光源和所述光学探测器电性连接，用于控制所述探测光源发射探测光，并利用所述光学探测器接收的探测光的强度，反演所述光纤法布里珀罗腔所承受物理量。
2.根据权利要求I所述的基于法布里珀罗腔的光纤传感器，其中，所述探测光源、光纤法布里珀罗腔和光学探测器通过光学胶依次粘结固定，构成透射式线性结构。
3.根据权利要求2所述的基于法布里珀罗腔的光纤传感器，其中，所述透射式线性结构和所述伺服电路模块通过灌装胶进行整体封装。
4.根据权利要求I所述的基于法布里珀罗腔的光纤传感器，其中，所述光纤法布里珀罗腔为基于光纤端面反射形成的弱反射法布里珀罗腔。
5.根据权利要求4所述的基于法布里珀罗腔的光纤传感器，其中，所述光纤法布里珀罗腔满足
6.根据权利要求5所述的基于法布里拍罗腔的光纤传感器,其中d= 0. lmm, !T1 = r2=4%, n = I. 000。
7.根据权利要求I所述的基于法布里珀罗腔的光纤传感器，其中，所述探测光源包括发光二极管和滤光片，两者通过光学胶进行粘结固定。
8.根据权利要求7所述的基于法布里珀罗腔的光纤传感器，其中，所述伺服电路模块采用混合集成电路，包括 发光二极管驱动电路，与所述发光二极管电性连接，用于为其提供驱动电流； 光电探测器电路，与所述光学探测器相电性连接，用于将外界物理量变化引起的光强信号转化为电学信号； 数据处理电路，与所述光电探测器电路电性连接，用于将电学信号进行数据编码；以及 信号发送电路，与所述数据处理电路电性连接，用于将编码后的数据传输出去。
9.根据权利要求8所述的基于法布里珀罗腔的光纤传感器，其中 所述信号发送电路，用于采用无线方式将编码后的数据进行传输出去。
10.根据权利要求I至9中任一项所述的基于法布里珀罗腔的光纤传感器，其中，所述物理量为温度或压力。
全文摘要
本发明提供了一种基于法布里珀罗腔的光纤传感器，包括探测光源；光纤法布里珀罗腔，位于探测光源的光路后端，其腔长随其所承受物理量的变化而变化，探测光在其两侧面多次反射形成干涉条纹，并从其远离探测光源的一端射出；光学探测器，位于光纤法布里珀罗腔的光路后端，用于接收从光纤法布里珀罗腔远离探测光源的一端射出的探测光；以及伺服电路模块，用于控制探测光源发射探测光，并利用光学探测器接收的探测光的强度，反演光纤法布里珀罗腔所承受物理量。本发明中，由于采用强度解调技术，不需要昂贵且大尺寸的波长相关器件，所以简化了整个传感器的尺寸，同时也减低了传感器的成本。
文档编号G01D5/353GK102735273SQ20121022534
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者刘育梁, 徐团伟, 李芳 申请人:中国科学院半导体研究所