本發明屬于光纖傳感領域和微流速測量領域，具體涉及到一種基于光纖F-P腔的微流速光學測量裝置。該測量裝置結構簡單、成本低、操作方便，可實現對組織液、生命體等微流體流速進行實時連續的測量。
背景技術：
近年來，隨著生物、化學、材料等學科的飛速發展，經常需要對微流體的流速進行控制，微流體流速檢測技術作為科學技術的一項關鍵支撐技術得到了人們越來越多的關注。
常見微流速的測量方法包括稱重法和移液管體積法，該類方法是在微流體每流經一個刻度體積時計時一次，一次實驗取若干個刻度點，平行測量若干次，取其平均流速。上述測量方法應用范圍廣，但系統測量誤差較大、靈敏度較低，且易受外界環境(如風速、濕度等)的影響，特別的，該類方法對組織液、生命體等微流體方面的微流速測量精度差，因而在實際微流速測量應用中受到較大的限制。
為了解決傳統微流速測量的誤差較大、靈敏度較低等缺點，本發明提出了一種基于光纖F-P腔的微流速光學測量裝置，采用空芯光纖結合被測液體構成的光纖F-P腔，利用光纖F-P腔的長度隨微流體流速的不同而變化的特征，通過監控輸出光譜的變化來達到微流體流速的測量。該裝置精度高、響應快、結構簡單、成本低、可長期重復使用，非常適合對組織液、微生物和生命體等微流速方面的測量。
技術實現要素：
本發明的目的是提供了一種結構簡單、成本低、操作方便的基于光纖F-P腔微流速光學測量裝置。
本發明的采用的技術方案為：
一種基于光纖F-P腔的微流速光學測量裝置，其特征是包括寬帶光源，光纖環形器，傳感光纖，傳感探頭，光譜儀；寬帶光源的輸出端與光纖環形器的輸入端相連，光纖環形器的第一輸出端與傳輸光纖相連，傳輸光纖與傳感探頭相連，光纖環形器的第二輸出端與光譜儀的輸入端相連。
本發明所述的寬帶光源的工作波長為1520nm-1570nm，空芯光纖的內徑為10um，長度為1～10mm。
本發明的工作原理是：寬帶光源發出的光經過光纖環形器后進入到傳輸光纖，再經由空芯光纖構成的微流速傳感探頭進行多次干涉，干涉后的光譜通過傳輸光纖和光纖環形器后進入光譜儀顯示。上述的傳感探頭，其特征是傳輸光纖的末端連接一截空芯光纖，當微流體流經空芯光纖時，空芯光纖的毛細效應和微流體壓力的共同作用，使得空芯光纖中的空氣受到擠壓，形成光纖F-P腔。光纖F-P腔的長度會隨著微流體流速的不同而變化，最終導致輸出光譜的變化，通過光譜的變化可以測量出微流體的流速。
本發明的有益效果在于：
本發明僅僅通過普通的單模光纖和空芯光纖組成的傳感頭就可以實現微流體流速的測量，避免了傳統測量中由于數據處理帶來的誤差積累等缺點。
與傳統微流速測量方法相比，本發明更適用于組織液、生命體等微流體流速的測量，且測量精度高、結構簡單、操作方便、成本低。
附圖說明
圖1是一種基于光纖F-P腔的微流速光學測量裝置結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖與具體實施方案對本發明作進一步的描述：
參見圖1所示，一種基于光纖F-P腔的微流體流速光學測量裝置，包括寬帶光源1，光纖環形器2，傳感光纖3，一截空芯光纖形成的傳感探頭4和光譜儀5。寬帶光源1的輸出端與光纖環形器2的輸入端相連，光纖環形器2的第一輸出端與傳輸光纖3相連，傳輸光纖3與傳感探頭4相連，光纖環形器2的第二輸出端與光譜儀5的輸入端相連。
上述的傳感探頭4，其特征是單模光纖末端連接一截空芯光纖，當微流體通過空芯光纖，擠壓空芯光纖中的空氣，形成一個光纖F-P腔。當微流體的流速不同時，空芯光纖內部空氣所受壓力不同，光纖F-P腔的長度也會隨之變化，即通過對輸出干涉譜的檢測，可得微流速的變化。
本發明基于以下原理：
由理想氣體狀態方程可知，光纖F-P腔中的空氣壓強P空氣可表示為：
其中，V＝πr2L為光纖F-P腔中空氣的體積，L為光纖F-P腔的長度，n為空氣物質的量，T為理想空氣的熱力學溫度，R為理想氣體常數。
當微流體以一定微流速通過空芯光纖時，其產生的壓強P微流體遵循流體機械能守恒定律，公式表示如下：
其中，W為微流體的速度，ρ為微流體密度，g為重力加速度，C為常數。
當光纖F-P腔內的空氣達到動態平衡時，即P空氣＝P微流體，可計算出光纖F-P腔長度與微流體速度的關系如下：
由光纖F-P腔的干涉原理可知，輸出光譜的干涉條紋間距為：
將(3)帶入(4)，并對公式(4)進行微分，可以得到微流速變化與光纖F-P腔干涉譜的關系如下：
通過公式(5)可知，監控干涉譜的變化可以反推出被測微流體的流速。