[发明专利]一种一体化光纤大压力传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种一体化光纤大压力传感器及其制作方法，包括传感单元、玻璃毛细管、传感器体、焊接点、外壳和法布里‑珀罗腔；传感单元由感压膜片、玻璃基底和传输光纤构成；玻璃基底的上表面中部腐蚀有微腔，微腔底部作为法布里‑珀罗腔的第一个反射面，微腔的腐蚀深度决定法布里‑珀罗腔的初始长度；玻璃基底与传感器体间通过阳极键合的方式连接为一体；玻璃毛细管贴合在玻璃基底底面；传感器体与外壳连接成一体为传感单元提供保护；传输光纤从玻璃毛细管底端孔插入并固定，传输光纤的上端面与玻璃基底底面贴合。本发明传感器可以避免传统光纤法布里‑珀罗传感器有胶封装的缺点，具有更宽的量程，也可测量更高的压力。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，具体的说，是涉及一种一体化光纤大压力传感器及其制作方法，该传感器可以用于检测液体、气体的相对压力和绝对压力。

背景技术

光纤法布里-珀罗压力传感器是光纤压力传感器中的一种，它通常由光纤端面和膜片端面构成法布里-珀罗微谐振腔，当压力作用在膜片上将使膜片变形，而使得法珀腔长发生变化，从而实现传感。近年来提出了一些设计方案，如2001年Don C.Abeysinghe等(DonC.Abeysinghe，Samhita Dasgupta，Joseph T.Boyd，Howard E.Jackson，A Novel MEMSpressure sensor fabricated on an optical fiber,IEEE Photonics TechnologyLetters,2001,13(9):993-995)在包层直径分别为200微米和400微米，芯径为190微米和360微米的多模光纤端面刻蚀出微腔，然后在该端面键合上硅片构成传感器；2005年Juncheng Xu等(Juncheng Xu,Xingwei Wang,Kristie L.Cooper,Anbo Wang,Miniatureall-silica fiber optic pressure and acoustic sensors,Optics Letters,2005,30(24):3269-3271)利用氢氟酸蚀刻大芯径的石英光纤获得石英膜片，石英膜片熔接于毛细管端面处，切割的单模光纤端面伸入到该毛细管中就与石英膜片构成了光纤法布里-珀罗压力传感器；2006年Xiaodong Wang等(Xiaodong Wang，Baoqing Li，Onofrio L.Russo,et.al.,Diaphragm design guidelines and an optical pressure sensor based onMEMS technique,Journal of microelectronics,2006,37:50-56)在500微米厚的Pyrex玻璃微加工出微腔体，然后硅片键合在Pyrex玻璃上，并和伸入腔体的光纤端面构成了光纤法布里-珀罗腔；2006年王鸣等(王鸣，陈绪兴，葛益娴等，法布里-珀罗型光纤压力传感器及其制作方法，专利申请号：200610096596.5)利用单晶硅片，玻璃圆管，光纤法兰盘和光纤插头构建了光纤法布里-珀罗腔。但是，目前大部分膜片光纤法布里-珀罗传感器量程较窄，能测量的极限压力范围也较低，市场上尚无能用于80Mpa以上压力测量的光纤法布里-珀罗压力传感器。同时，目前大部分膜片光纤法布里-珀罗传感器采用石英、Pyrex玻璃、硅片等多种材料，各种材料间的连接方式多为胶粘连接，这对传感器的精度、温度和湿度特性不利。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种一体化光纤大压力传感器及其制作方法，该传感器结构可以避免传统光纤法布里-珀罗传感器有胶封装的缺点，同时具有更宽的量程，也可以测量更高的压力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种一体化光纤大压力传感器，包括传感单元、玻璃毛细管、传感器体、焊接点、外壳和法布里-珀罗腔；所述传感单元由感压膜片、玻璃基底和传输光纤构成；其中感压膜片底面经过抛光处理，作为弹性膜片感受压力，同时作为法布里-珀罗腔的第二个反射面；玻璃基底的上表面中部腐蚀有微腔，微腔底部作为法布里-珀罗腔的第一个反射面，微腔的腐蚀深度决定法布里-珀罗腔的初始长度；