基于飞秒激光加工的无膜光纤气体压力传感器

姜源; 江毅; 张柳超; 王素梅

doi:doi:10.3788/LOP56.100601

激光与光电子学进展, 2019, 56 (10): 100601, 网络出版: 2019-07-04

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Non-Diaphragm Fiber Gas Pressure Sensor Based on Femtosecond Laser Machining

姜源 ¹江毅 ^1,*张柳超 ¹王素梅 ²

作者单位

¹ 北京理工大学光电学院, 北京 100081

² 北京理工大学激光微纳制造研究所, 北京 100081

图 & 表

图 1. 光纤压力传感器制作过程示意图

Fig. 1. Schematic of manufacturing process of fiber pressure sensor

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图 2. 飞秒激光加工前后的传感器的显微镜照片。 (a)加工前;(b)加工后

Fig. 2. Micrographs of sensor before and after femtosecond laser machining. (a) Before machining; (b) after machining

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图 3. 传感器加工前后HF的光谱图

Fig. 3. Spectrum of HF before and after femtosecond laser machining

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图 4. 光纤压力感器原理图

Fig. 4. Schematic of fiber pressure sensor

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图 5. 光纤压力感器测试系统图

Fig. 5. Test system of fiber pressure sensor

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图 6. 气压为0~5 MPa时传感器光学腔长与气压的关系。(a)升压过程;(b)降压过程

Fig. 6. Relationship between optical cavity length of pressure sensor and gas pressure in pressure range of 0-5 MPa. (a) Pressure increasing; (b) pressure decreasing

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图 7. 气压为0~0.4 MPa时传感器光学腔长与气压的关系。(a)升压过程;(b)降压过程

Fig. 7. Relationship between optical cavity length of sensor and gas pressure in pressure range of 0-0.4 MPa. (a) Pressure increasing; (b) pressure decreasing

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图 8. 腔长的测量波动

Fig. 8. Measuring fluctuation of cavity length

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表 1本文传感器与其他光纤压力传感器的比较

Table1. Comparison of proposed sensor and other fiber pressure sensors

Sensor	Range /MPa	Sensitivity /(nm·MPa^-1)	Resolution /kPa
End-facesensor 1^[5]	0-2	1.036	9.7
End-facesensor 2^[6]	0-0.14	164.56	-
Side-wallsensor 1^[10]	0-20	21	47.6
Non-diaphragmsensor 1^[11]	0-1	4.225	23.7
Non-diaphragmsensor 2^[14]	0-1.2	4.028	5.0
Proposedsensor	0-5	1020	2.4

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姜源, 江毅, 张柳超, 王素梅. 基于飞秒激光加工的无膜光纤气体压力传感器[J]. 激光与光电子学进展, 2019, 56(10): 100601. Yuan Jiang, Yi Jiang, Liuchao Zhang, Sumei Wang. Non-Diaphragm Fiber Gas Pressure Sensor Based on Femtosecond Laser Machining[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2019, 56(10): 100601.

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图 1. 光纤压力传感器制作过程示意图

Fig. 1. Schematic of manufacturing process of fiber pressure sensor

图 2. 飞秒激光加工前后的传感器的显微镜照片。 (a)加工前;(b)加工后

Fig. 2. Micrographs of sensor before and after femtosecond laser machining. (a) Before machining; (b) after machining

图 3. 传感器加工前后HF的光谱图

Fig. 3. Spectrum of HF before and after femtosecond laser machining

图 4. 光纤压力感器原理图

Fig. 4. Schematic of fiber pressure sensor

图 5. 光纤压力感器测试系统图

Fig. 5. Test system of fiber pressure sensor

图 6. 气压为0~5 MPa时传感器光学腔长与气压的关系。(a)升压过程;(b)降压过程

Fig. 6. Relationship between optical cavity length of pressure sensor and gas pressure in pressure range of 0-5 MPa. (a) Pressure increasing; (b) pressure decreasing

图 7. 气压为0~0.4 MPa时传感器光学腔长与气压的关系。(a)升压过程;(b)降压过程

Fig. 7. Relationship between optical cavity length of sensor and gas pressure in pressure range of 0-0.4 MPa. (a) Pressure increasing; (b) pressure decreasing

图 8. 腔长的测量波动

Fig. 8. Measuring fluctuation of cavity length

表 1本文传感器与其他光纤压力传感器的比较

Table1. Comparison of proposed sensor and other fiber pressure sensors

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图 1. 光纤压力传感器制作过程示意图

Fig. 1. Schematic of manufacturing process of fiber pressure sensor

图 2. 飞秒激光加工前后的传感器的显微镜照片。 (a)加工前;(b)加工后

Fig. 2. Micrographs of sensor before and after femtosecond laser machining. (a) Before machining; (b) after machining

图 3. 传感器加工前后HF的光谱图

Fig. 3. Spectrum of HF before and after femtosecond laser machining

图 4. 光纤压力感器原理图

Fig. 4. Schematic of fiber pressure sensor

图 5. 光纤压力感器测试系统图

Fig. 5. Test system of fiber pressure sensor

图 6. 气压为0~5 MPa时传感器光学腔长与气压的关系。(a)升压过程;(b)降压过程

Fig. 6. Relationship between optical cavity length of pressure sensor and gas pressure in pressure range of 0-5 MPa. (a) Pressure increasing; (b) pressure decreasing

图 7. 气压为0~0.4 MPa时传感器光学腔长与气压的关系。(a)升压过程;(b)降压过程

Fig. 7. Relationship between optical cavity length of sensor and gas pressure in pressure range of 0-0.4 MPa. (a) Pressure increasing; (b) pressure decreasing

图 8. 腔长的测量波动

Fig. 8. Measuring fluctuation of cavity length

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