[发明专利]超高温光纤F-P温度压力复合传感器与系统

说明书

本发明涉及光纤传感器技术领域，具体指超高温光纤F‑P温度压力复合传感器与系统；复合传感器与系统包括宽带光源、复合探头、耦合器、信号解调单元和处理终端，所述耦合器通过石英光纤分别与宽带光源和信号解调单元连接，耦合器与复合探头之间通过蓝宝石光纤连接；所述复合探头包括耐高温壳体和光学校准器，耐高温壳体内设有蓝宝石基底制作的温压复合谐振腔，光学校准器的前端穿过耐高温壳体进而与温压复合谐振腔对应设置；本发明结构合理，满足1200℃以上超高温环境的温度和压力测量，温度测定值可以补偿压力腔的腔长变化，有效提高压力值测定的精确度。

技术领域

本发明涉及光纤传感器技术领域，具体指超高温光纤F-P温度压力复合传感器与系统。

背景技术

微机电系统(MEMS)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。MEMS是一个独立的智能系统，具有微型化、智能化、多功能、高集成度和适于大批量生产等基本特点。其系统尺寸在几毫米乃至更小，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。光纤传感技术作为一种新型的传感技术，具有传统电学传感无法比拟的优势，如：测量精度高、测量动态范围大、响应速度快、不受电磁干扰、防爆防燃、防腐蚀、易于远距离测量和复用、尺寸小、结构简单、机械强度高等。因此，光纤传感器在化工、桥梁、航空、军事等得到广泛的应用。将MEMS技术和光纤传感技术结合制作的光纤MEMS传感器具有尺寸小、易于工业化生产、测量精度高、耐腐蚀耐高温等诸多优势，具有巨大的应用前景。

高温传感器一直是传感器应用领域的难点，同时也是研究的重点。目前，传统电类传感器如热电偶等测量温度一般为几百度，特殊材料制作的可以达到1000多度，但其成本较高，且在上述易燃易爆环境下并不适用，也存在电磁干扰导致测量精度不高等问题，普通光纤光栅类传感器如公开号CN101046412，公开了一种光纤光栅高温传感系统，采用两个热膨胀系数不同、长度不同的金属条和光纤光栅制作成传感探头，其有效提高了光纤光栅本身温度测量的局限性，且具有抗电磁干扰和本征防爆的特点，但最高测量温度只达到600°，无法满足超高温环境下物理参数测量的需求。因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种结构合理、稳定可靠、精确度高的超高温光纤F-P温度压力复合传感器与系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的超高温光纤F-P温度压力复合传感器与系统,包括宽带光源、复合探头、耦合器、信号解调单元和处理终端，所述耦合器通过石英光纤分别与宽带光源和信号解调单元连接，信号解调单元与处理终端连接，耦合器与复合探头之间通过蓝宝石光纤连接；所述复合探头包括耐高温壳体和光学校准器，耐高温壳体内设有蓝宝石基底制作的温压复合谐振腔，光学校准器的前端穿入耐高温壳体进而与温压复合谐振腔对应设置，蓝宝石光纤的前端穿设于光学校准器内。

进一步而言，所述耐高温壳体的前端设有安装槽，温压复合谐振腔嵌设于安装槽内，且温压复合谐振腔与耐高温壳体之间粘接有耐高温无机胶；所述光学校准器从耐高温壳体后端穿入安装槽且与温压复合谐振腔对应设置，耐高温壳体上设有与光学校准器固定连接的合金螺钉。

进一步而言，所述温压复合谐振腔包括温敏腔和压敏腔，温敏腔和压敏腔均为蓝宝石基制备而来；所述温敏腔的前后两端均为光学平面进而构成本征型蓝宝石F-P腔，压敏腔的后端面为光学平面，压敏腔的后端面上设有凹槽，且温敏腔的前端面与压敏腔的后端面键合连接从而使凹槽构成非本征型空气F-B腔。

进一步而言，所述蓝宝石光纤的前端穿设于光学校准器内且与温敏腔的后端面对应设置，蓝宝石光纤的前端具有抛磨成型面，抛磨成型面为5-8°的光学斜面或曲面透镜结构。

本发明还提供了一种蓝宝石基F-P谐振腔的制备工艺，其步骤如下：