[发明专利]光纤MEMS压力传感器F-P腔内残余压力测量系统及方法

权利要求书

1.一种光纤MEMS压力传感器F-P腔内残余压力的测量方法，利用包括低相干光源(13)、3dB耦合器(14)、MEMS压力传感器(16)、空气压力舱(17)、恒温箱(15)、压力控制系统、腔长解调仪(24)、数据采集卡(23)和计算机(22)的测量系统实现测量；其中，所述压力传感器(16)置于空气压力舱(17)内，并将空气压力舱(17)密封；所述空气压力舱(17)中的压力通过压力控制系统控制压力的变化，使得外界压力(4)进行压力变化扫描，所述压力控制系统由压力控制仪(21)、真空泵(19)和空气压缩机(20)构成，所述压力控制系统和所述空气压力舱(17)之间、以及所述压力控制系统的各部件之间通过气管(18)联接；所述MEMS压力传感器(16)包括基底(1)与膜片(2)构成的一个F-P腔(3)，残余压力(5)密封在F-P腔(3)之中；低相干光源(13)经过光纤(9)输出的一部分光在镀在基底(1)上的半透半反射膜(6)发生第一次反射，形成反射参考光(10)；其余部分光传播到膜片(2)内表面(7)上发生第二次反射，形成反射传感光(11)；反射参考光(10)与反射传感光(11)形成干涉，干涉信号中包含光程差信息；密闭在F-P腔(3)中的气体受温度影响膨胀或收缩，与加在膜片(2)外部的气压(4)共同作用，影响膜片(2)的弹性形变；反射光参考光(10)和反射传感光(11)经过3dB耦合器(14)后，进入腔长解调仪(24)，腔长解调结果通过数据采集卡(23)输入到计算机(22)进行进一步数据处理；其特征在于，该方法包括以下步骤：

第一步，在温度T₁下，进行压力标定实验：通过压力控制系统对膜片2的外界压力进行扫描，扫描压力记为P_E1，并进行解调，得到T₁下腔长信息和外界压力的对应关系；

第二步，在温度T₂下，进行压力标定实验：通过压力控制系统对膜片2的外界压力进行扫描，扫描压力记为P_E2，并进行解调，得到T₂下腔长信息和外界压力的对应关系；

第三步，对第一步和第二步得到的数据进行线性拟合，腔长信息在扫描压力范围内连续变化，每一个腔长信息的值都对应着两个温度下的外界气压值P_E1和P_E2；

第四步，将连续的每一组P_E1和P_E2代入到表达式中，画出温度T₁下的残余气压P_R1随外界气压P_E1的变化曲线，并画出曲线P_R1＝P_E1，得到两条曲线的交点横坐标27；

第五步，将交点横坐标的值再减去基底1材料受温度膨胀引起的误差ΔP_R1，结果就代表温度T₁下膜片平坦状态12时的残余压力5；其中：h表示F-P腔深度，α_g表示基底热膨胀系数，S₂表示第二步中标定得到的压力的灵敏度。