专利名称：高灵敏光纤传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传感器技术领域，特别是涉及一种高灵敏光纤传感器。
背景技术：
传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾)，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器有两个比较重要的特性:传感器静态特性、传感器动态特性。传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。线性度:指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。灵敏度:灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。用S表示灵敏度。迟滞:传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象成为迟滞。对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。重复性:重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。漂移:传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面:一是传感器自身结构参数；二是周围环境(如温度、湿度等)。所谓动态特性是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。由于传感器的上述特点，传感器已经在大量应用于各个领域。光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。在光纤传感器中，光受信器占有重要的地位，它是光探测接收系统的基础，其灵敏度，带宽等特性参数直接影响着光纤传感器的总体性能。光受信器的优劣主要以响应度、响应时间、光谱范围、探测度来评价。光受信器的选用主要取决于入射信号的功率，光背景噪声和所要求的信噪比。由于反射光纤传感器接收到的信号比较微弱，特别是被测反射面的反射率很低时，普通的环境下，背景光杂散光的干扰严重，而目前所有的光纤传感器都采用普通的二极管，其在响应度、响应时间、光谱范围、探测度都对光纤传感器的性能构成影响。发明内容本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种高灵敏度光纤传感器。为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是:一种高灵敏光纤传感器，包括光发送器，用以产生光波并经光纤将光波传递至光纤敏感元件；光纤敏感单元，其用于感测外界环境并随外界环境变化改变内部传输光波的参数，并将参数改变后的光波传递至光接收器；作为光受信器的PIN光敏二极管，所述的PIN光敏二极管用以接收经过光纤敏感元件传输过来的光波，然后将光信号转变为电信号；信号处理单元，用以接收光接收器传递来的电信号并进行信号处理，得到外界环境的变化值。所述的光发送器为白炽光源、发光二级管、半导体激光器、氦氖激光器或固体激光器。所述的光纤敏感兀件为光纤布拉格光栅。所述的PIN光敏二极管为PIN型硅光敏二极管。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:本实用新型的光纤传感器灵敏度高，抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好，防爆，光路有可挠曲性，便于与计算机联接，结构简单，体积小，重量轻，耗电少等。采用性能优良的PIN光敏二极管作为光纤传感器的光受信器，PIN光敏二极管体积小，可靠性高,它对
0.8-0.9 μ m波长的光响应最佳，最小可探测功率〈I μ W，电流灵敏度>0.5 μ A/ μ W,并且线性好，响应时间在毫秒级，极大提高了光纤传感器的整体性能。
图1所示为本实用新型的光纤传感器结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。如图1所示，本实用新型的高灵敏光纤传感器，包括光发送器1，用以产生光波并经光纤将光波传递至光纤敏感元件；光纤敏感单元2，其用于感测外界环境并随外界环境变化改变内部传输光波的参数，并将参数改变后的光波传递至光接收器；光受信器3，其为PIN光敏二极管，所述的PIN光敏二极管用以接收经过光纤敏感元件传输过来的光波，然后将光信号转变为电信号；信号处理单元4，用以接收光接收器传递来的电信号并进行信号处理，得到外界环境的变化值。其中，优选地，所述的光发送器为白炽光源、发光二级管、半导体激光器、氦氖激光器或固体激光器。优选地，所述的PIN光敏二极管为PIN型硅光敏二极管。PIN光敏二极管体积小，可靠性高，它对0.8-0.9 μ m波长的光响应最佳，最小可探测功率〈I μ W，电流灵敏度>0.5 μ A/μ W，并且线性好，响应时间在毫秒级，能有效提高整体光纤传感器的性能。其中，所述的光纤敏感元件为光纤布拉格光栅，光纤光栅是具有波长选择滤波器性能的全光纤器件，各种波长的光通过光纤光栅时无插入损耗，即透射率极大，只有那些满足条件的波长的光被强烈地反射，即透射率极小。光纤光栅的反射或透射峰的波长与光栅的折射率调制周期以及纤芯折射率有关。当宽带光源入射到布拉格光栅时，会因折射率的改变而折射、透射或反射，其中反射要符合布拉格条件。当光纤光栅所处环境的温度、应力、应变或其它物理量发生变化时，光栅的周期或纤芯折射率将发生变化，从而使反射光的波长发生变化，通过测量物理量变化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化情况。如利用磁场诱导的左右旋极化波的折射率变化不同，可实现对磁场的直接测量。因为现有的任何一种光受信器都只能响应光波的强度，而不能直接响应光的频率、波长、相位、和偏振调制信号都要通过某种转换技术转换成强度信号，才能为光受信器接收，实现检测，所以反过来讲，按照本实用新型的宗旨，本实用新型将PIN型光敏二极管作为光受信器可适用于任何光纤传感器中。如强度调制型光纤传感器、偏振调制型光纤传感器、偏振调制型光纤传感器或波长相位调制型光纤传感器，具体在此不再展开描述。当然，通过施加特定的滤波组件，如滤光片，配以对特定波长敏感的PIN型硅光敏二极管，可以实现通过对特定波长的光波感测实现环境的检测以提高其适用性。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种高灵敏光纤传感器，其特征在于，包括 光发送器，用以产生光波并经光纤将光波传递至光纤敏感元件； 光纤敏感单元，其用于感测外界环境并随外界环境变化改变内部传输光波的参数，并将参数改变后的光波传递至光接收器； 作为光受信器的PIN光敏二极管，所述的PIN光敏二极管用以接收经过光纤敏感元件传输过来的光波，然后将光信号转变为电信号； 信号处理单元，用以接收光接收器传递来的电信号并进行信号处理，得到外界环境的变化值。
2.按权利要求1所述的高灵敏光纤传感器，其特征在于，所述的光发送器为白炽光源、发光二级管、半导体激光器、氦氖激光器或固体激光器。
3.按权利要求1或2所述的高灵敏光纤传感器，其特征在于，所述的光纤敏感元件为光纤布拉格光栅。
4.按权利要求1所述的高灵敏光纤传感器，其特征在于，所述的PIN光敏二极管为PIN型硅光敏二极管。
专利摘要本实用新型公开了一种高灵敏光纤传感器，包括光发送器，用以产生光波并经光纤将光波传递至光纤敏感元件；光纤敏感单元，其用于感测外界环境并随外界环境变化改变内部传输光波的参数，并将参数改变后的光波传递至光接收器；作为光受信器的PIN光敏二极管，所述的PIN光敏二极管用以接收经过光纤敏感元件传输过来的光波，然后将光信号转变为电信号；信号处理单元，用以接收光接收器传递来的电信号并进行信号处理，得到外界环境的变化值。本实用新型的光纤传感器灵敏度高，最小可探测功率<1μW，电流灵敏度>0.5μA/μW，并且线性好，响应时间在毫秒级，极大提高了光纤传感器的整体性能。
文档编号G01D5/26GK202928595SQ20122061262
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者林有忠 申请人:天津三益精密机械有限公司