光纤法珀压力传感器及其制作方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN104614104A(43)申请公布日2015.05.13(21)申请号201510026101.0(22)申请日2015.01.19(71)申请人中北大学地址030051山西省太原市尖草坪区学院路3号申请人中国电子科技集团公司第四十一研究所(72)发明人贾平岗熊继军梁庭谭秋林吴斌房国成(74)专利代理机构北京海虹嘉诚知识产权代理有限公司11129代理人谢殿武(51)Int.Cl.G01L1/24(2006.01)G01L11/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称光纤法珀压力传感器及其制作方法(57)摘要本发明公开了一种制作简单、成本低廉的全石英光纤法珀高温压力传感器及其制作方法。通过机械加工方法对石英进行加工，通过高温焰火熔接，将带有光纤的套管管插入预留的孔径中熔接固定形成全石英法珀压力传感器。传感器各部分采用机械加工，膜片尺寸、法珀腔尺寸容易控制。采用石英材料加工传感器，使传感器温度系数小，能适应高温、强酸碱等复杂恶劣的环境。CN104614104ACN104614104A权利要求书1/1页1.一种光纤法珀压力传感器，其特征在于：包括石英膜片、带凸台的石英固定基座、光纤、石英光纤套管、石英光纤定位装置和石英垫片；石英膜片、石英垫片、石英光纤定位装置和石英固定基座依次连接在一起；光纤通过石英光纤套管固定于石英固定基座内并且光纤出光面和石英膜片上的反射面平行设置构成法珀腔。2.如权利要求1所述的光纤法珀压力传感器，其特征在于：所述石英膜片、带凸台的石英固定基座、石英光纤定位装置和石英垫片横截面外轮廓相同，光纤外圆与石英光纤套管和石英光纤定位装置内孔匹配，石英光纤套管外圆与带凸台的石英固定基座内孔匹配。3.如权利要求1所述的光纤法珀压力传感器，其特征在于：所述光纤出光面设有梯度折射率GRIN透镜，GRIN透镜外圆与带凸台的石英固定基座内孔匹配，光纤与梯度折射率GRIN透镜的连接可以采用熔接或粘接方法。4.如权利要求1-3所述的光纤法珀压力传感器，其特征在于：所述光纤出光面进行切平、抛光或者镀半反半透膜处理。5.如权利要求1-3所述的光纤法珀压力传感器，其特征在于：所述石英膜片上的反射面抛光或者镀反射膜。6.一种光纤法珀压力传感器的加工方法，其特征在于：石英膜片、带凸台的石英固定基座、石英光纤定位装置和石英垫片通过机械加工方法，采用高温火焰熔接、激光熔接和MEMS技术进行各部件连接。7.如权利要求6所述的光纤法珀压力传感器的加工方法，其特征在于：所述石英光纤定位装置通过机械加工方法、激光加工方法或者MEMS加工方法进行加工。8.如权利要求6所述的光纤法珀压力传感器的加工方法，其特征在于：所述带凸台的石英固定基座的内孔通过熔融拉制方法进行加工。2CN104614104A说明书1/3页光纤法珀压力传感器及其制作方法技术领域[0001]本发明名属于传感器领域，具体涉及到一种光纤法珀压力传感器及制作方法。背景技术[0002]随着工业和国防等领域的迅速发展，人们对压力传感器的性能要求也越来越高。具有抗电磁干扰、绝缘性好、耐腐蚀、灵敏度高、测量范围大等优点的光纤压力传感器得到广泛关注。目前，光纤压力度传感器，主要包括光强调制型、波长调制型和相位调制型三种。相位调制型光纤压力传感由于其高性能和低成本等特性，被广泛研究和应用，一般是采用干涉仪将压力导致的石英膜片挠度转化为干涉信号的相位变化，常用的干涉仪有Michelson干涉仪、Mach-Zehnder干涉仪和Fabry-Perot(法布里－珀罗，以下简称“法珀”)干涉仪。基于纤法布里—珀罗干涉仪的光纤压力传感器具有结构简单和灵敏度高的优点。[0003]目前常用的F-P干涉仪的制作方法有四种：一是采用全光纤法珀结构，采用商业化的熔接机由单模或多模光纤通过焊接制作而成，其加工尺寸在光纤尺寸层次。二是采用飞秒等激光加工结构，主要采用飞秒激光或短波长激光直接在光纤表面或其内部刻蚀，形成空腔。三是结合化学刻蚀和熔接技术，在光纤中形成空腔。以上三种方法在制作压力传感器时，主要采用光纤切割刀制作压力敏感石英膜片，其厚度无法精确控制，传感性能无法保证，在应用中存在问题。发明内容[0004]有鉴于此，本发明提供了一种简单的法珀压力传感器及其制作方法，在保证法珀腔精确可控的条件下，实现了成本的降低，有潜在的应用价值。[0005]本发明的光纤法珀压力传感器，包括石英膜片、带凸台的石英固定基座、光纤、石英光纤套管、石英光纤定位装置和石英垫片；石英膜片、石英垫片、石英光纤定位装置和石英固定基座依次连接在一起；光纤通过石英光纤套管固定于石英固定基座内并且光纤出光面和石英膜片上的反射面平行设置构成法珀腔；[000