光纖法珀傳感器具有線性度好、重復性好、結構簡單等特征，被廣泛地應用

于壓力、溫度等傳感領域。光纖法珀傳感器往往使用具有優(yōu)良的力學和光學性能

的彈性膜片作為傳感元件的核心，接受外界待測參量的變化，同時作為法珀腔的

一個反射面，另一反射面為光纖端面。光信號通過光纖射入法珀腔之后，在兩個

反射面上發(fā)生反射，并疊加形成干涉信號，耦合進光纖中。干涉信號攜帶了法珀

腔的腔長信息，彈性膜片在外界待測參量的作用下發(fā)生形變時，相應的法珀腔長

會發(fā)生變化，干涉信號攜帶的信息也相應發(fā)生變化，通過解調系統(tǒng)處理干涉信號

即可獲得腔長信息，進而獲得外界參量信息。本章首先介紹光纖法珀液壓傳感器

的基本結構，隨后按照液位-液壓換算關系、膜片受力形變的力學模型、法珀腔的

低相干干涉原理的順序對面向液位測量應用的光纖法珀液壓傳感器的測量原理

進行分析，最后分析了不同的力學模型、環(huán)境氣壓、法珀腔內氣壓與環(huán)境溫度對

光纖法珀液壓傳感器測量精度的影響。

2.1 光纖法珀液壓傳感器基本結構

光纖法珀液壓傳感器的基本結構如圖 2-1 所示，這種傳感器大多由彈性膜片、

支撐體以及光纖三部分組成，彈性膜片與支撐體之間可以通過無機焊料、激光或

環(huán)氧膠進行固定，光纖與支撐體之間可以通過紫外膠、激光或環(huán)氧膠進行固定。

圖 2-1 光纖法珀液壓傳感器基本結構

根據(jù)應用場景實際需求的不同，膜片的材質多種多樣，例如單晶硅

[39][40]、二

氧化硅

[34]、聚合物

[41][42]、金屬

[43][44]等等。膜片單面或雙面拋光，拋光面朝向法珀

腔內側，作為法珀腔的一個反射面，同時具有接受外界環(huán)境中待測參量的變化的

功能，例如壓力

[39]、溫度

[37]、震動

[44]、氣體變化

[45]等等，并將外界力熱參量的變

化轉化為光學參量的變化。

支撐體與膜片類似，可以根據(jù)實際需求的不同以及溫度補償?shù)仍O計要求來決

定材質，例如二氧化硅和金屬等等。支撐體與膜片接觸的一端自帶或通過刻蝕加

工出圓形微腔，作為法珀腔的側壁，為法珀腔提供初始腔長，同時作為光纖的保

護和連接體，使得光纖與膜片的形變中心保持準直。

光纖的端面作為法珀腔的另一個反射面，與彈性膜片共同構成法珀干涉系統(tǒng)

進行傳感。光纖的種類同樣可以根據(jù)光源、解調系統(tǒng)及傳感需求而進行改變，既

可以是單模光纖，也可以是多模光纖。

光纖法珀液壓傳感器工作時，光信號由光源發(fā)出，經(jīng)過光纖的傳輸，一部分

光信號在光纖端面發(fā)生反射，另一部分光信號通過法珀腔后垂直入射到彈性膜片

上，由彈性膜片底面的反射，傳輸回光纖端面并耦合進光纖中，兩束光發(fā)生干涉。

外界力熱參量發(fā)生變化時，彈性膜片受作用而產(chǎn)生形變，改變法珀腔腔長和兩束

光的光程差，使得干涉條紋發(fā)生變化。通過對干涉條紋的解調，便可以得到外界

力熱參量的信息，從而實現(xiàn)高精度傳感