[发明专利]一种基于微椭球空气腔的光纤压力传感器及其制造方法有效

专利信息
申请号: 201710664816.8 申请日: 2017-08-07
公开(公告)号: CN107300437B 公开(公告)日: 2023-05-09
发明(设计)人: 王婷婷;沈娟;葛益娴;李志鹏 申请(专利权)人: 南京信息工程大学
主分类号: G01L1/24 分类号: G01L1/24
代理公司: 南京纵横知识产权代理有限公司 32224 代理人: 董建林
地址: 210044 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 椭球 空气 光纤 压力传感器 及其 制造 方法
【说明书】:

本发明涉及一种基于微椭球空气腔的光纤压力传感器和一种基于微椭球空气腔的光纤压力传感器的制造方法,属于光纤压力传感器技术领域。包括单模光纤、压力敏感膜;所述单模光纤上端固定连接所述压力敏感膜下端,所述单模光纤、所述压力敏感膜连接处开设空气法布里‑珀罗腔。本发明中材质均为二氧化硅,使得本发明热膨胀系数相同,避免了不同材料高温失配造成的结构失效,温度串扰小,成本低廉;传感头制作工艺只需要熔接、切割和研磨,制作工艺简单;本装置中的共焦法布里‑珀罗腔与现有技术中腐蚀工艺或飞秒激光器制作的法布里‑珀罗腔相比,干涉腔损耗小,干涉条纹对比度高,解调精度高。

技术领域

本发明涉及一种基于微椭球空气腔的光纤压力传感器和一种基于微椭球空气腔的光纤压力传感器的制造方法,属于光纤压力传感器技术领域。

背景技术

常用的光纤压力传感器主要有光纤光栅压力传感器和光纤法布里-珀罗压力传感器两种。与光纤光栅压力传感器相比,光纤法布里-珀罗压力传感器对外界产生的压力信号的反应更敏锐,采用不同的结构参数能够满足不同测量量程和灵敏度的要求,具有耐恶劣环境、抗电磁干化、温度交叉敏感度小等优点。应用于生物医疗、高温高压油井、航空航天、桥梁检测等领域的压力检测。

光纤法布里-珀罗压力传感器有毛细管结构和膜片结构。毛细管结构采用毛细管轴向形变来实现对压力的感知,可用于大压强范围的测量,但由于对压力感知敏感度低,不适用于对精度要求高的测量。膜片结构采用对压力敏感的膜片构成法布里-珀罗干涉仪的一个反射面,外界压力作用在膜片上时膜片发生弹性形变,从而使法布里-珀罗干涉仪的腔长改变,实现对压力的感知,具有灵敏度高,抗干扰能力强,线性度好,动态范围大等优点。

膜片结构的光纤法布里-珀罗压力传感器可由光纤端面的凹腔和受力会变形的压力敏感膜构成。凹腔的形成有化学腐蚀法[1,2]和飞秒激光制备法[3]。化学腐蚀制备法腔内刻蚀控制是难点,腔型难以控制且腔内损耗大;飞秒激光制备法可以精密控制干涉腔腔型,但加工系统昂贵。文献[1]中的压力敏感膜为特殊处理的单晶硅,与端面腐蚀了凹腔的硼硅酸盐光纤进行阳极键合构成传感头。这种光纤压力传感器制作工艺复杂且不同的材料对温度的热膨胀系数不同,因此当温度变化时,传感头由于热膨胀不同会产生应力,易损坏。文献[2][3]中压力敏感膜均为石英材料,与制作了凹腔的光纤熔接构成传感头。这种光纤压力传感器热膨胀系数一致,结构稳定;光纤端面凹腔的形成以及与敏感膜的熔接需要两步工艺;且由于凹腔中光传输损耗较大,反射谱条纹对比度较小,波长跟踪解调时压力测量精度不够高。

[1] 葛益娴、王婷婷、张闯、冒晓莉. 一种微型光纤法布里-珀罗压力传感器及其制作方法,发明专利:201310524956.7,授权日:2015.11;

[2] 杨春弟,王鸣,葛益娴,戴丽华. 微型非本征光纤法布里-珀罗压力传感器[J], 光学学报, 2010, 30(5): 1458-1461;

[3] 姜澜,江毅,王鹏,王素梅,刘达. 一种光纤微纳法珀干涉型压力传感器及其制作方法,专利申请号:201510282041.9。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷,提供一种制作工艺简单、测量精度高的基于微椭球空气法布里-珀罗腔的光纤压力传感器和一种基于微椭球空气腔的光纤压力传感器的制造方法,该传感器的制作仅需熔接、切割和研磨工艺,且反射谱具有很高的条纹对比度,波谷尖锐,压力测量精度高。

为达到上述目的,本发明提供一种基于微椭球空气腔的光纤压力传感器,包括单模光纤、压力敏感膜;所述单模光纤上端固定连接所述压力敏感膜下端,所述单模光纤、所述压力敏感膜连接处开设空气法布里-珀罗腔。

优先地,所述空气法布里-珀罗腔为微椭球形,所述空气法布里-珀罗腔为共焦腔。

优先地,所述空气法布里-珀罗腔的腔长40μm-50μm。

优先地,所述压力敏感膜中央的厚度为6-12μm。

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