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，被广泛研宄和应用，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 (法布里一I自罗，以下简称“法I白”)干涉仪。基于纤法布里一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，在应用中存在冋题。
【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；
[0006]进一步，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；
[0007]进一步，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；
[0008]进一步，所述光纤出光面进行切平、抛光或者镀半反半透膜处理；
[0009]进一步，所述石英膜片上的反射面抛光或者镀反射膜。
[0010]本发明的光纤法珀压力传感器的加工方法，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；
[0011]进一步，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；
[0012]进一步，所述带凸台的石英固定基座的内孔通过恪融拉制方法进行加工。
[0013]本发明的有益效果:本发明的光纤法珀压力传感器结构采用石英作为加工材料，通过火焰高温熔接技术实现各部件连接，消除了采用胶粘方法带来的温度影响系数高的缺点，使传感器具有耐高温和耐腐蚀的优点，采用机械方法制造传感器的敏感石英膜片，其结构参数可控，对传感器的性能优化具有优势。并且本发明的光纤法珀压力传感器的结构十分简单，这大大降低了加工和调试难度。
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
[0015]图1是本发明提供的光纤法珀压力传感器实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]请参考图1，是本发明提供的光纤法珀压力传感器实施例的结构示意图。包括石英膜片I，带凸台7的石英固定基座2，光纤3，石英光纤套管4，石英光纤定位装置5，石英垫片6，定位孔8，反射面9，光纤出光面10 ;石英膜片1、石英垫片6、石英光纤定位装置5和石英固定基座2依次连接在一起；光纤3通过石英光纤套管4固定于石英固定基座2内并且光纤出光面10和石英膜片I上的反射面平行设置构成法珀腔；所述石英膜片1、带凸台7的石英固定基座2、石英光纤定位装置5和石英垫片6横截面外轮廓相同，光纤3外圆与石英光纤套管4和石英光纤定位装置5内孔匹配，石英光纤套管4外圆与带凸台7的石英固定基座2内孔匹配；所述光纤出光面10设有梯度折射率GRIN透镜，GRIN透镜外圆与带凸台7的石英固定基座2内孔匹配，光纤3与梯度折射率GRIN透镜的连接可以采用熔接或粘接方法；所述光纤出光面10进行切平、抛光或者镀半反半透膜处理；所述石英膜片I上的反射面9抛光或者镀反射膜。
[0017]本实施例的光纤法珀压力传感器的加工方法，石英膜片1、带凸台的石英固定基座
2、石英光纤定位装置5和石英垫片6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；所述石英光纤定位装置5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；所述带凸台的石英固定基座2的内孔通过熔融拉制方法进行加工。
[0018]将石英膜片I内端面抛光或镀半反半透膜，提高反射率，将石英垫片6研磨恰当厚度，在石英垫片6中心制造圆孔，其内孔决定石英膜片的固定直径，在石英光纤定位装置5中心钻一与光纤同径的定位孔8 ;切割石英固定基座2，形成凸台7，在中心机械加工与光纤套管外直径相同的孔；按石英膜片1、石英垫片6、石英光纤定位装置5、石英基座2从下往上的顺序依次叠放，采用氢氧焰火高温方法熔接；将插入且固定光纤的光纤套管4插入石英基座中心孔中，使用凸台7高温熔接，使光纤出光面10和敏感石英膜片上的反射面9平行放置，从而形成法珀腔。
[0019]光进入光纤法珀压力传感器的法珀腔，在光纤出光面10和反射面9之间进行多次反射，通过光学干涉将压力导致的石英膜片挠度转换为法珀腔的干涉信号的相位变化，通过解调干涉信号的相位变化实现压力传感。
[0020]上述结构的光纤法珀压力传感器中没有引入任何带电元件，因此可以避免电磁干扰，十分适合于远程和复杂电磁环境下的振动测量。通过氢氧焰火熔接加工传感器，并实现光纤和外壳的固定。本发明具有温度系数低，耐高温的优点，能够满足常规及特殊环境下的压力测量。
[0021]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种光纤法泊压力传感器，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.—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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G01L11-02, G01L1-24
【公开号】CN104614104
【申请号】CN201510026101
【发明人】贾平岗, 熊继军, 梁庭, 谭秋林, 吴斌, 房国成
【申请人】中北大学, 中国电子科技集团公司第四十一研究所
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月19日