[发明专利]一种光纤法布里-珀罗压力传感器及其制作方法

权利要求书

1.一种光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于该传感器包括：

传感器体：光纤法布里-珀罗压力传感器体是传感器的支撑结构和光纤滑动时的引导结构，其形状为圆柱形或是长方体形，传感器体的中间开有一个通孔，通孔的一端开有一个凹坑；

弹性膜片：用来感受压力的变化，放置于传感器体的凹坑中并固定；

传感光纤：传感光纤的一端为法布里-珀罗腔所需的反射面，另一端为球形，该传感光纤放置于传感器体中间的通孔内，球形一端与弹性膜片紧密接触；

传输光纤：该光纤放置于传感器体中间通孔内的另一端，用来提供法布里-珀罗腔所需的另一反射面，与传感光纤的光纤端面不接触以构成法布里-珀罗腔；

微型弹簧：放置于传感光纤与传输光纤之间，用来提供弹性回复力使传感光纤与弹性膜片始终保持紧密接触。

2.根据权利要求1所述的光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于传感器体为一整体或者由相互固定在一起的两部分构成；整体式的传感器体中用于放置直径小于通孔的微型弹簧，由两部分构成的传感器体的两部分衔接处的孔径大于通孔的孔径，适用于放置直径大于通孔的微型弹簧。

3.根据权利要求1或2所述的光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于传感器体的制作材料为Pyrex玻璃或熔融石英材料；弹性膜片的材料为单晶硅片、石英薄片、聚合物薄片或金属膜片。

4.根据权利要求1或2所述的光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于所述的传感光纤和传输光纤为单模光纤或多模光纤；用作反射面的光纤端面可以是切割后直接使用，也可以镀上反射膜。

5.根据权利要求1或2所述的光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于所述的微型弹簧的材料为聚合物或金属，形状为螺旋形或是管状。

6.一种权利要求1所述的光纤法布里-珀罗压力传感器的制作方法，其特征在于该方法包括：

第1、弹性膜片制作：利用激光切割出所需大小的硅膜片，并用激光在硅膜片两面制作微小条纹，以破坏掉该面的反射，膜片厚度为10μm～300μm；

第2、传感光纤的制作：利用光纤切割刀切割光纤获得好的光纤端面，然后用笔式切割刀在显微镜下切取光纤至所需长度，对传感光纤的非反射端加热熔化并利用表面张力形成球形；

第3、传输光纤的制作：截取1m～1.5m长度的光纤后，利用光纤切割刀切割光纤一端获得好的光纤端面作为传输光纤的反射面；

第4、微型弹簧的制作：

1)管状微型弹簧的制作：将一小滴聚合物注入内经为126μm的玻璃管内，通过高速离心旋转方法，在玻璃管内形成厚度为5～10μm的均匀薄膜，固化后并从玻璃管内取下即制作成弹性软管，其长度为20～400μm；

2)螺旋形微型弹簧的制作：用直径为25～35μm的金属弹簧丝，制成弹簧外径为126μm，长度为400μm的螺旋形金属微型弹簧；

第5、传感器体的制作：利用Pyrex玻璃或熔融石英材料制作传感器体，首先将传感器体制成外径为1mm～5mm，长度为5～15mm的圆柱体形或长方体形，在传感器体中部钻出直径为127μm的通孔，随后进一步将端面加工平整，在传感器体一头加工出深度约为500μm，直径为0.6～4.5mm的凹坑，作为压力膜片的受力支撑；

第6、将带有球形尾端的传感光纤从带有凹坑的传感器体的一头插入通孔中，球形尾端朝外，之后将第1步制成的弹性膜片采用阳极键合的方式固定在传感器体的凹坑上；然后在传感器体的另一头放入微型弹簧，再插入传输光纤，两段光纤的光纤端面不接触以构成法布里-珀罗腔，利用光谱仪或低相干干涉仪实时控制传输光纤的插入深度，当到达设计位置，即该传输光纤将微型弹簧压紧，微型弹簧在弹性膜片变形的范围内均能令传感光纤的球形尾端与弹性膜片紧密接触，利用环氧树脂胶将传输光纤固定，在电热箱中60℃的温度下固化一小时，或常温下固化24小时，即制作完成传感器。

7.一种权利要求2所述的由两部分构成的传感器体的光纤法布里-珀罗压力传感器的制作方法，其特征在于该方法包括：

第1、弹性膜片制作：利用激光切割出所需大小的硅膜片，并用激光在硅膜片两面制作微小条纹，以破坏掉该面的反射，膜片厚度为10μm～300μm；

第2、传感光纤的制作：利用光纤切割刀切割光纤获得好的光纤端面，然后用笔式切割刀在显微镜下切取光纤至所需长度，对传感光纤的非反射端加热熔化并利用表面张力形成球形；

第3、传输光纤的制作：截取长度为1m～1.5m的光纤后，利用光纤切割刀切割光纤一端获得好的光纤端面作为传输光纤的反射面；

第4、大尺寸螺旋形微型弹簧的制作：用直径为35～40μm的金属弹簧丝，制成弹簧外径约150μm，长度为500μm的大尺寸螺旋形金属微型弹簧；

第5、传感器体的制作：利用Pyrex玻璃或熔融石英材料制作传感器体，此时传感器体分成两部分制作，第一部分长度3～9mm，先在传感器体中部钻出直径为127μm的通孔，并将端面加工平整，在传感器体一头加工出深度为500μm，直径为0.6～4.5mm的凹坑，作为弹性膜片的受力支撑，另一头加工出深度为480μm，直径为155μm的沉孔；第二部分长度2～6mm，也在传感器体中部钻出直径为127μm的通孔；

第6、传感器的组装：将带有球形尾端的传感光纤从传感器体第一部分带有直径为0.6～4.5mm的凹坑的传感器体的一头插入传感器体的通孔中，球形尾端朝外，之后将弹性膜片采用阳极键合的方式固定在传感器体的凹坑上，再将第3步制作的微型弹簧插入另一头沉孔中，将装好的第一部分和第二部分传感器体熔接在一起；然后将传输光纤插入传感器体第二部分的通孔中，两段光纤的光纤端面不接触以构成法布里-珀罗腔，当到达设计位置即传输光纤与微型弹簧紧密接触时，利用环氧树脂胶将传输光纤固定，在电热箱中60℃的温度下固化一小时，或常温下固化24小时，即制作完成传感器。