[实用新型]光纤法珀压力传感器

说明书

本实用新型描述一种光纤法珀压力传感器，其包括敏感单元和光学组件，敏感单元包括层叠设置的具有第一光学表面的第一膜片以及具有第二光学表面的第二膜片，第一光学表面与第二光学表面相对且平行地设置并且在第一光学表面与第二光学表面之间形成有空腔，第一膜片具有与空腔连通的通孔，光学组件嵌设于通孔中，经由光学组件而进入空腔的光线能够在光学组件嵌入于通孔中的一端的端面与第二光学表面之间进行反射并生成包括第一光学表面与第二光学表面的间距信息的光学信号，其中，第二膜片配置为受到压力作用而发生形变以使第一光学表面与第二光学表面的间距发生改变，通过感测光学信号以感测压力。根据本实用新型，能够在高温环境中感测压力。

技术领域

本实用新型大体涉及压力传感器领域，具体涉及一种光纤法珀压力传感器。

背景技术

近些年来，随着航空航天、化工和能源等领域的迅速发展，对压力传感器在高温环境下的可靠性提出了越来越高的要求，传统的压阻式或压电式压力传感器由于例如制作材料不耐高温以及信号线热传导对解调系统的不良影响等问题，难以被应用在上述领域中进行高精度地压力测量。

光纤式压力传感器例如光纤法珀式压力传感器通常由敏感单元基于光学原理对压力进行感测，而且具有体积小，灵敏度高，耐腐蚀，抗电磁干扰等优点。其中，敏感单元可选用耐高温的材料进行制作并且高温不易对上述光学原理的应用产生影响，因此光纤法珀式压力传感器适用于上述高温环境下的压力测量。近年来，用于制造光纤法珀压力传感器的技术主要由MEMS技术、化学腐蚀技术、电弧放电技术和激光加工技术等。然而，利用化学腐蚀技术，电弧放电技术和激光加工技术制造的传感器其一致性相对较差，例如由于不同敏感单元其敏感膜片的厚度和有效半径不一致从而造成各敏感单元的一致性较低，并且难以实现传感器的低成本批量化制造。

相反，利用MEMS技术制造的传感器具有敏感单元一致性高及批量化制造的优点。目前已经报道国一种压力传感器，其利用Pyrex玻璃圆片和硅片实现光纤法珀压力传感器的批量化制造且该种传感器能在350℃高温环境下进行压力测量，然而由于材料自身特性的限制，使得该种传感器难以实现更高温度环境下的压力测试。而且，由于使用了两种不同热膨胀系数的材料进行传感器制作，当传感器在高温环境下工作时由于不同材料间的热膨胀系数不匹配将会影响传感器的使用性能，这也是限制该种传感器在高温下应用的原因之一。并且在光纤与敏感单元连接方法上，目前比较常用的方法是利用紫外环氧树脂或耐高温粘接剂，在需要工作于高温环境的传感器中引入粘结材料将会进一步影响传感器在高温下的稳定性及使用寿命。

熔融石英玻璃材料其软化点高达1730℃左右，且耐酸碱腐蚀，相比于目前常用的用于制造光纤法珀压力传感器的材料，例如金属、Pyrex玻璃、硅、蓝宝石、SiC等来说，石英材料具有更低的热膨胀系数，这使其成为制造高温压力传感器的良好材料。在本发明中，我们利用高温热压键合技术及微机械加工技术制造并验证了一种可批量化制造的全石英光纤法珀压力传感器，且利用CO₂激光熔接技术实现了传感器全石英敏感单元与信号传输光纤的无胶化密封集成，使得该种传感器能在高温环境下稳定工作。

发明内容

本实用新型是有鉴于上述现有技术的状况而提出的，其目的在于提供一种能够在高温环境中感测压力的光纤法珀压力传感器。

为此本实用新型提供一种光纤法珀压力传感器，其包括敏感单元和光学组件，所述敏感单元包括层叠设置的具有第一光学表面的第一膜片以及具有第二光学表面的第二膜片，所述第一光学表面与所述第二光学表面相对且平行地设置并且在所述第一光学表面与所述第二光学表面之间形成有空腔，所述第一膜片具有与所述空腔连通的通孔，并且所述通孔的轴线正交于所述第一光学表面，所述光学组件嵌设于所述通孔中并且所述光学组件嵌入于所述通孔中的一端的端面与所述第二光学表面平行，经由所述光学组件而进入所述空腔的光线能够在所述光学组件嵌入于所述通孔中的一端的端面与所述第二光学表面之间进行反射并生成包括所述第一光学表面与所述第二光学表面的间距信息的光学信号，其中，所述第二膜片配置为受到压力作用而发生形变以使所述第一光学表面与所述第二光学表面的间距发生改变，通过感测所述光学信号以感测压力。