光纤法珀压力传感器专利分析
光纤压力传感器原理及特点
光纤压力传感器原理及特点1.压力引起光纤光学特性的改变：光纤中的体驻波由于受到外部应力的作用而受到频率变化，从而改变了光的传播特性。
当光纤被施加压力时，压力作用在光纤芯部分，导致光纤的折射率发生变化，进而改变了光纤内部的光的传播速度。
这个频率变化可以通过光纤的弯曲和伸缩来引起，并且随着压力的改变而改变。
2. 光学电探测方法对光纤内部光信号的测量：测量光纤内部光信号的变化是光纤压力传感器的关键步骤。
一般采用的测量原理有激光光栅原理和Mach-Zehnder干涉原理。
激光光栅原理利用激光光栅与光纤中的光信号的相互作用，通过测量光的频率变化来获得外部压力信号的变化。
而Mach-Zehnder干涉原理则是利用干涉装置通过光纤内部光信号与参考光信号的叠加来进行测量。
1.高精度：由于光纤内部光信号的传播速度和频率变化具有高度稳定性，因此光纤压力传感器具有很高的测量精度。
2.宽量程：光纤压力传感器可以通过改变光纤的材料、结构和尺寸等参数来适应各种压力范围的测量需求。
3.高灵敏度：光纤压力传感器通过测量光的频率变化来感知压力信号，其灵敏度相对较高，可以实现对微小压力变化的测量。
4.高稳定性：光纤压力传感器的工作原理不受温度、湿度、电磁场等环境因素的影响，具有较高的稳定性。
5.抗干扰能力强：由于光纤传输光信号不受外界干扰影响，光纤压力传感器具有较强的抗干扰能力。
6.长寿命：光纤传感器无机械件，不易损坏，寿命长，可以在恶劣环境下长时间工作。
综上所述，光纤压力传感器具有高精度、宽量程、高灵敏度、高稳定性、抗干扰能力强和长寿命等特点，广泛应用于工业自动化、石油化工、航空航天、医疗仪器等领域。
基于法珀(F-P)光纤传感技术管道压力在线监测方法研究
基于法珀(F-P)光纤传感技术管道压力在线监测方法研究衣文索;李静芳【摘要】目前油气输送中的管道压力检测是该工程领域急待解决的问题之一,本文提出基于法布里-珀罗(Fabry-Perot)光纤传感技术对回波信号进行傅立叶变化分析的方法,根据光波光谱强度特性参数的变化特点对管道压力变换进行定性、定量分析,实现管道压力的实时监测,测试数据表明该方法具有良好的噪声抑制能力和较高的接收灵敏度.【期刊名称】《长春大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(025)003【总页数】4页(P1-4)【关键词】傅里叶变换;法布里-珀罗干涉;石油管道;光谱影响【作者】衣文索;李静芳【作者单位】长春理工大学光电工程学院,长春130000;长春理工大学光电工程学院,长春130000【正文语种】中文【中图分类】TP212.4+4管道是输送油气的主要途径之一，外力、腐蚀或其他因素都会导致管道运送途中出现穿孔、泄漏、爆破的危险，所以对管道压力的实时检测可以预防管道泄漏等事故的发生，同时也可对发生泄漏事故的管道进行及时定位及维修。
以前工程上通常采用电压力传感器，通常这种方法的电磁干扰会大幅度影响测量值的准确度，而光纤以光波为载体，光纤为媒介，感知和传输被测量信号发挥了不可代替的作用，光纤传感器相比电传感器有：电绝缘、抗电磁干扰，易为探测器接收、灵敏度高、易于集成化、耐压耐腐蚀等优点，对于检测石油管道压力的光纤传感器，多采用布拉格光纤光栅传感器，优点是存活寿命长，成本较低，技术成熟，但是以光纤光栅的波长作为传感媒介，通过波长漂移来感知外界物理参量的变化，欲加宽测量范围就必须采用宽带光源，而欲提高分辨率就必须压制反射带宽，这就大幅度降低的光源的利用率，加之光源的分线性分布造成的周期性跳变，如果过多的降低光源的利用率，可能造成压力检测的大幅度偏差，给油田管道测量带来巨大的隐患，所以必须解决两个技术难题：1）消除光纤光栅的弹性衬底元件的弹性迟滞和带宽比例［1］，2）消除温度和应力同时对FBG交叉敏感的影响［2-3］，本文采用F-P干涉仪原理来检测石油管道中的压力参数，可以很好的避免以上问题，同时运用傅里叶变换来抑制光谱影响。
光纤传感技术在压力测量中的应用研究
光纤传感技术在压力测量中的应用研究摘要：光纤传感技术作为一种高精度、高灵敏度的测量手段，近年来在压力测量领域得到广泛应用。
本文主要探讨了光纤传感技术在压力测量中的应用研究，并介绍了其原理、优点及应用场景。
研究表明，光纤传感技术在压力测量中具有较高的测量精度和快速响应能力，可广泛应用于工业、医疗、环保等领域，具有较大的发展潜力。
关键词：光纤传感技术；压力测量；应用研究；测量精度；发展潜力一、引言压力测量是工程领域中的重要任务之一，具有广泛的应用价值。
传统的压力传感器通常存在体积大、制造成本高、抗干扰能力差等问题。
而光纤传感技术作为一种新兴的测量手段，由于其独特的优势在压力测量中得到广泛应用。
本文主要探讨了光纤传感技术在压力测量中的应用研究，旨在提供一种新的测量思路和方法。
二、光纤传感技术的原理及优点光纤传感技术是一种基于光学原理的测量手段。
其原理主要是通过测量光纤中的光信号的变化来实现对压力的测量。
光纤传感技术具有以下几个优点：1. 高测量精度：光纤传感器的测量精度可达到纳米级，远高于传统的压力传感器。
2. 快速响应能力：光纤传感技术具有较快的响应速度，可以实时监测压力的变化。
3. 体积小、安装方便：光纤传感器的体积相对较小，安装便捷，适用于各种复杂环境。
4. 抗干扰能力强：光纤传感器在测量过程中能够有效抵抗外界干扰，提高测量的准确性。
三、应用场景光纤传感技术在压力测量中具有广泛的应用场景。
以下列举几个典型的应用领域：1. 工业领域：在工业生产过程中，对压力进行实时监测对保障产品质量和生产安全至关重要。
光纤传感器可以应用于各种工业设备中，如机械设备、管道等，实时监测压力变化并做出相应的调整。
2. 医疗领域：在医疗领域，压力监测是各种手术和治疗的重要环节。
光纤传感器可以应用于手术器械、生命支持系统等设备中，实时监测人体内部的压力变化，为医生提供准确的参考。
3. 环保领域：环保工程中常常需要对气体或液体中的压力进行测量，以评估环境的质量和安全性。
光纤法珀传感器光楔式解调系统设计
光纤法珀传感器光楔式解调系统设计光纤法珀传感器是一种常用于测量小振动和压力的传感器。
光纤法珀传感器的特点是具有高灵敏度、宽频带、零电磁干扰、抗腐蚀性能好等优点，广泛应用于航空航天、军事、石油化工、医疗等领域。
为了进一步提高光纤法珀传感器的解调精度，设计了一种光楔式解调系统。
光楔式解调系统的主要原理是利用光楔的斜边对入射的光进行谐变，通过改变光楔的角度，实现对光频移的解调。
光楔的材料一般选择硅、石英等具有较好的偏光特性的透明材料，制作成特定角度的楔形结构。
光楔式解调系统的设计需要考虑光源、光路和检测器等关键部件。
光源部分采用稳定的激光器，在波长范围内产生连续的单色光，以确保解调系统的稳定性和准确性。
光路部分通过透镜、偏振器等光学元件，将激光光源传输到光纤法珀传感器上，并通过光楔对入射光进行解调。
检测器部分则需要选择灵敏度高、响应速度快的光电二极管或光电倍增管，以实现对解调光强的测量。
在光楔式解调系统的设计中，还需要考虑光纤法珀传感器的特性和工作原理。
光纤法珀传感器的原理是通过光纤中的干涉效应，实现对外界力的测量。
当外界力作用于光纤法珀传感器时，会导致光路径的长度发生变化，进而引起传感器输出光强的改变。
因此，在解调系统的设计中，需要根据传感器的特性和工作方式，调整光楔的角度，以获得最佳的解调效果。
此外，光纤法珀传感器的解调系统还需要考虑系统的稳定性和可靠性。
在系统设计中，可以采用温度稳定的材料和组件，以及优化光路和光学元件的设计，以减小温度对光楔角度的影响。
同时，在系统的制造和调试过程中，需要严格控制工艺参数和测试条件，以确保系统的稳定性和可靠性。
总之，光纤法珀传感器光楔式解调系统的设计需要考虑光源、光路、检测器等关键部件的选择和调试，在系统工作中需要根据传感器的特性和工作方式，调整光楔的角度，以获得最佳的解调效果。
同时，还需要考虑系统的稳定性和可靠性，采用温度稳定的材料和组件，并严格控制工艺参数和测试条件，以确保系统的性能满足要求。
光纤光栅传感器产品及其专利推介
光纤光栅传感器产品及其专利推介————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：光纤光栅传感器产品及其专利推介上海科学技术情报研究所罗天雨摘编2009-12-29 关键字：光纤光栅传感器解调仪产品专利浏览量：81光纤光栅（fiber Bragg grating，FBG）传感器是作为一种新型光纤传感器，对多个物理量敏感，可以用来测量的物理量包括：应变、应力、温度、振动、压力、电压以及一些化学量，其应用领域非常的广泛。
同时FBG传感器阵列可以实现分布式的传感网络，对物体进行多点测量，提取相关的信号，进行状态分析，达到示警以及故障诊断的目的。
而且其传输距离可以达50多公里。
具有测量精度高，测量点多，测量范围大，传感头结构简单、尺寸小，抗电磁干扰等一系列的优点。
其主要技术优势包括：● 可靠性好、抗干扰能力强。
光纤光栅对被测信息用波长编码，不受光源功率波动和光纤弯曲等因素引起的损耗的影响。
● 测量精度高。
精确的透射和反射特征（小误差）使其更加准确地反映了应力和温度的变化。
● 单路光纤上可以制作多个光栅的能力可以对大型工程进行分布式测量，其测量点多，测量范围大。
● 传感头结构简单、尺寸小，适于各种应用场合，尤其适合于埋入材料内部构成所谓的智能材料或结构。
● 抗电磁干扰、抗腐蚀、能于恶劣的化学环境下工作。
一、产品情况国外对光纤光栅传感技术的研究已经基本实现了光纤光栅传感器、解调仪的商品化，工程化，产品生产商有Micron Optics、Smartfibres、Blue Road Research等公司。
国内在光纤光栅传感技术方面的研究工作也取得了一定成果，其中一部分已经转化为产品，产品生产商和研究单位有成立于2001年，是国内光纤传感领域实力最雄厚的厂家之一。
当前公司主要产品有基于拥有自主知识产权的光纤光栅类产品，包括光纤光栅感温火灾探测系统、光纤光栅温度监测系统、光纤光栅结构监测系统、光纤光栅色散补偿器、滤波器等等。
光纤法珀压力传感器数据解调及改进算法研究
光纤法珀压力传感器数据解调及改进算法研究曹群;贾平岗;杨兵;张海瑞;洪应平;熊继军【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2015(000)012【摘要】基于光纤法珀压力传感器的基本原理，针对相位解调方法中的条纹计数法，提出了优于双峰解调法的多峰平均改进算法，通过滤波实现数据预处理，进而寻找周期内所有数据点的局部极值点，然后根据格拉布斯准则剔除粗大误差，最终得到腔长变化与压力的关系曲线。
在此基础上通过MATLAB进行理论仿真，搭建光纤传感压力测试系统并进行了相关实验，利用所设计的解调方法对实验数据进行处理，通过对比分析实验结果可知，改进算法可以明显的抑制应变测量系统误差，提高腔长的稳定性，证实了该改进算法具有较高的可行性。
【总页数】4页(P15-18)【作者】曹群;贾平岗;杨兵;张海瑞;洪应平;熊继军【作者单位】中北大学，电子测试技术重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051;中北大学，电子测试技术重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051;中北大学，电子测试技术重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051;中北大学，电子测试技术重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051;中北大学，电子测试技术重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051;中北大学，电子测试技术重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TP212【相关文献】1.光纤珐珀压力传感器交叉相关快速解调算法 [J], 李海洋;郝凤欢;李东明;何少灵2.MEMS光纤法珀压力传感器的设计及解调方法实现 [J], 曹群;贾平岗;熊继军;张海瑞;洪应平;房国成3.基于高斯拟合的光纤法珀相关解调算法研究 [J], 左方俊;贾平岗;韩超;冯飞;熊继军4.具有复合式法珀腔的光纤压力传感器的解调 [J], 姜丽娟;江俊峰;刘铁根;刘琨;刘宇;梁霄;王少华5.基于可调谐法珀腔解调的光纤法珀应变传感系统 [J], 孙吉勇;陈伟民;朱永;黄尚廉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
第8章光纤传感器应用分析ppt课件
光强
(3) 基于磁致伸缩和布拉格光纤光栅的电流传感器
反射光谱
λB
布拉格波长 B 2neff
传感器头
磁致伸缩材 料
螺线管内磁场 B 0nI
光纤光栅电流传感器结构 1
宽光谱光源 波长测量
环形器
信号 处理
施加磁场改变光栅的周 期，使其反射波长产生 变化。
电流传感器结构 2
GMM--磁致伸缩材料
弱而伸缩，使得通过光纤的光
程发生变化。信号光与参考光
干涉后，得到与磁场成比例的
输出信号。这种磁场传感器灵
敏度高，分辨率可达10-12T, 可
用于测量磁场、探矿等。
光纤 干涉仪测量
a）光纤马赫—泽德尔磁场传感器
光源
3dB
磁场
磁致伸缩材料被覆 光纤作为测量臂
测量臂
3dB
耦合器
耦合致伸缩效应的物理解释
在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常强的 交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子中电子的 自旋磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和 状态的微小区域，这些自发磁化的微小区域称为磁畴。
磁畴
单晶磁畴结构示意图
多晶磁畴结构示意图
磁场增强 H
在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时的磁 能将低于磁矩与外磁反向排列时的磁能，结果是自 发磁化磁矩和外磁场成小角度的磁畴处于有利地位， 这些磁畴体积逐渐扩大，而自发磁化磁矩与外磁场 成较大角度的磁畴体积逐渐缩小。随着外磁场的不 断增强，取向与外磁场成较大角度的磁畴全部消失， 留存的磁畴将向外磁场的方向旋转。
沉积镍薄膜
裸光纤
几种敏感元件的基本结构
a) 被覆式 b) 心轴式 c) 带式
被覆材料
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2019.19科学技术创新
光纤法珀压力传感器专利分析
夏丹丹张珊(等同第一作者
)
（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，四川成都610213
1概述
光纤珐珀（Fabry-Perot,F-P）压力传感器的主要传感结构是由两反射平面构成的珐珀腔，外界压力作用于珐珀压力传感器使其腔长发生变化，通过解调腔长的变化即可得到外界压力的变化。根据光纤珐珀传感器的构造不同，可以把光纤珐珀传感器分为本征型光纤法珀传感器、非本征型光纤法珀传感器和线型复合腔光纤法珀传感器。1.1本征型光纤法珀传感器又叫做内腔式光纤法珀传感器，在珐珀腔两端分别镀上高反膜，珐珀腔腔体内依然为光纤材料。由于干涉腔体为传感光纤，所以降低了其与单模光纤耦合过程中的光波损耗，并且光会一直在纤芯中传播，在这个过程中产生的光功率损耗也可忽略不计，所以本征型光纤法珀传感器的珐珀腔长可以较大。1.2非本征型光纤法珀压力传感器的珐珀腔腔体内材料为空气或其他非光纤材料，可以根据需求人为的设计和调整腔长L，且由于珐珀腔内是折射率为1的空气，介质稳定不易受干扰。根据珐珀腔感受压力的位置不同，非本征型光纤珐珀压力传感器可以分为侧壁式光纤珐珀压力传感器和膜片式光纤珐珀压力传感器。侧壁式感压传感器是珐珀腔侧壁受压使珐珀腔腔长变化，膜片式感压传感器是膜片作为珐珀腔的一个反射平板，膜片受压内陷，则珐珀腔腔长变短。1.3线型复合腔光纤法珀传感器是一种本征型和非本征型的复合结构，集成了本征型光纤法珀传感器和非本征光纤法珀传感器型的特点，将法珀腔段的光纤用导管代替所成，导管的外径与光纤的外径相同。这种结构要求对导管的加工精度非常高，在实际制作过程存在很大的难度。2光纤法珀压力传感器发展状况本文基于DWPI数据库和CNABS专利数据库，结合关键词和分类号对
“光纤法珀压力传感器”技术领域相关专利进行检
索
。对得到的专利数据样本进行去噪、人工筛选、标引获得最终
需要分析的专利数据样本，并进行专利申请态势和地域分布
、主
要申请人和核心专利以及技术演进分析
。
2.1专利申请态势和地域分布
图
1反映了全球范围内和中国国内的申请量年度变化趋
势，从该图可以看出，
1993年之前，由于处于技术发展初期，涉
及光纤法珀压力传感器的专利申请保持在
20篇以下，且基本是
国外申请，其原因在于将光纤法珀传感器应用于压力检测领域
的起步较晚
。1993-2009年之间，随着技术的进步以及相关技术
的广泛研究，全球申请量得到了大幅增长，其中主要是国外申
请，中国申请则处于萌芽阶段
。在2009年以后，全球申请量进一
步快速增长，而中国申请量则出现爆炸式增长，这反映出中国对
光纤法珀压力传感器的研究日益加深
。图2反映了光纤法珀压
力传感器专利申请来源国或地区分布，从图中可以看出，申请来
源国或地区排名靠前的依次为中国
、美国、日本、英国、德国，这
反映了这些国家或地区在该技术领域的技术实力情况
。中国和
美国在该领域的实力明显较强，均占有百分之三十以上的专利
申请量；其次，日本的实力也不容小觑，总量上与英国差别不大，
技术研究势力旗鼓相当
。
2.2主要申请人分析
通过对申请人的申请量进行分析，得到光纤法珀压力传感
器领域的国内前
10位申请人的申请量排名情况如图3所示。
从该图可以看出国内申请人排行第一的是天津大学，其对光纤
法布里
-珀罗压力传感器及其制作方法进行了大量的研究；仅
次于天津大学的是中国计量大学，其主要致力于通过改进光纤
作者简介：
夏丹丹（1991-），女，硕士，主要从事力学领域专利审查工作。张珊（1992-），女，硕士，主要从事动平衡领域专利审查
工作
。张珊对本文的贡献等同于夏丹丹，同为第一作者。联系人：夏丹丹，硕士，主要从事力学领域专利审查工作。
摘要：
光纤法珀压力传感器是一种基于多束光干涉原理的光纤传感器，主要通过测量珐珀腔的腔长变化来测量外界压力。
相较于传统的电子压力传感器，光纤法珀压力传感器具有体积小、便于信号传输等优点，成为目前光纤传感器领域的研究热点。
本文通过阐述原理，按技术分支进行统计，基于CNABS中文检索数据库以及DWPI数据库，通过检索、筛选、统计和分析国内外申
请的与光纤法珀压力传感器相关的发明和实用新型专利，梳理了光纤法珀压力传感器的发展脉络，同时，对光纤法珀压力传感器
的核心专利和重要申请人进行了分析
。
关键词：
光纤；法珀；压力；检测
Abstract:ThefiberFabry-Perotpressuresensorisakindoffiber-opticsensorsbasedontheprincipleofmulti-beam
opticalinterference.ItmainlymeasurestheexternalpressurebymeasuringthechangeofthecavitylengthoftheFabry-Perot
cavity.Comparedwithtraditionalelectronicpressuresensor,thefiberFabry-Perotpressuresensorhasasmallsizeandeasy
signaltransmission.Ithasbecomearesearchhotspotinthefieldoffiber-opticsensors.Inthispaper,thedevelopmentofoptical
fiberFabry-Perotpressuresensorissummarizedbyexplainingtheprinciple,statisticsaccordingtothetechnicalbranches,and
analysisofthedomesticandforeignpatentsrelatedtoopticalfiberFabry-Perotpressuresensor.Atthesametime,thecore
patentsandapplicationsofopticalfiberFabry-Perotpressuresensoraresummarized.
keywords:Fiber；Fabry-Perot；Pressure；Measurement
中图分类号：TP212,T-18文献标识码：A文章编号：2096-4390（2019）
19-0153-02
153
--
科学技术创新2019.19
法珀压力传感器的结构以提升传感器性能的研究；其次是中北
大学，主要研究光纤法珀压力传感器制作材料的改进。同时从上图中可以看出国内关于光纤法珀压力传感器的研究主要集中在高校，说明我国关于光纤法珀压力传感器的工业应用还不够完善，期望我国能在该领域做出进一步的探索，从而在全占有更重要的地位。图1专利申请年度分析图2专利申请地域分布图3光纤法珀压力传感器国内主要申请人申请量分布2.3核心专利和技术演进分析美国的波音公司于1995年申请的专利US5682237提出一种将本征和非本征法珀传感器集成在一起的应变传感器，可以测量多个数据点，分离轴向和非轴向的应变。2006年加拿大的FISO公式申请了一种制造光纤珐珀传感器的方法，该专利CA2618685通过将一个光学元件永久的结合到光纤的正向端，光学元件在端部限定了一个空腔，并在光纤相对面形成膜片，
以形成法珀谐振腔
。中国申请人冉曾令2008年的专利
CN101424697通过在光纤端面设置微槽和突起，将光纤和被接
光纤通过对接连接在一起，形成法珀腔和膜片
。2013年申请的
专利
CN103644987A根据传感器按感压方式不同分为带有温
度自补偿的侧压式光纤
F-P腔压力传感器和带有温度自补偿
的端压式光纤
F-P腔压力传感器两种，可以实现对环境温度和
压力的测量
。2017年天津大学申请的专利CN107764441提供了
一种光纤
MEMS压力传感器FP腔内残余压力测量系统及方
法，在两个不同的温度下，通过气压控制系统，利用反射光进行
腔长测量，并利用理论公式计算得到残余气压
。按照时间轴对
主要核心专利分析得到光纤法珀压力传感器的技术演进如图
4
所示。
图4光纤法珀压力传感器发展路线图
3结论
本文在介绍光纤法珀压力传感器相关背景技术的基础上，
通过分别在全球专利数据库和中文专利数据库中进行检索，获
取了与光纤法珀压力传感器技术相关的各项专利，接着选取相
应指标参数，针对上述数据开展统计与分析，重点关注了本领
域的技术发展走向以及主要申请人等信息，实现了对光纤法珀
压力传感器技术专利申请状况和相关技术手段的全面掌握
。国
内相关的科研院校应尽快与公司单位联合起来，分析市场需
求，加快新型光纤法珀压力传感器的研发与专利布局，抢占国
外市场，成为后起之秀，使得我国的光纤法珀压力传感器技术
成为国际一流水平
。
参考文献
[1]李成.光纤法珀压力传感器的研究[M].成都：电子科技大学，
2013.
[2]
张爽.光纤珐珀传感器在应力/压力测试方面的应用研究[M].
成都：电子科技大学，2018.
[3]
姜丽娟.基于光谱的光纤法珀压力传感器解调方法研究[D].天
津：天津大学，
2013.
[4]
蔡东艳.光纤法布里-珀罗微压传感器解调技术研究[M].南
京：南京师范大学，
2014.
154
--