基于蓝宝石光纤微泡结构的压力传感器及制备和使用方法

本发明涉及光纤压力传感器，尤其涉及基于蓝宝石光纤微泡结构的压力传感器及其制备和使用方法。

背景技术：

1、在航空航天发动机性能研究中，高温环境下的压力测量是一项关键而复杂的任务。传统的电子压力传感器在高温、高压和电磁干扰环境中存在可靠性和稳定性问题影响。近年来，随着光纤传感技术的发展，基于石英光纤的压力传感器逐渐应用于航空航天发动机性能测试中，虽然在耐温性能方面优于电子传感器，但其在极端高温如1400k的环境下面临着传感器结构被破坏或传输信号衰减的问题，并不适合长期高温以及瞬态高温环境下使用。

技术实现思路

1、针对上述传统石英光纤材料耐温性能差的问题，本发明提出了基于蓝宝石光纤微泡结构的压力传感器及其制备和使用方法，其方法简单，制成的传感器结构精简、动态灵敏度高，高耐温性与高可靠性可解决现有技术在高温环境下的应用局限。

2、为了解决上述的技术问题，本发明提供了基于蓝宝石光纤微泡结构的压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤1：将蓝宝石光纤端面进行机械研磨，获得平整、光学级别粗糙度的蓝宝石光纤端面；

4、步骤2：将端面处理后的蓝宝石光纤放置在光纤夹具中，使用飞秒激光水击穿法刻蚀光纤端面，使其形成中空腔体结构；

5、步骤3：将具有中空腔体结构的蓝宝石光纤放置于光纤熔接机，采用电弧放电技术对蓝宝石光纤端面中空腔体结构进行多次放电，从而使其向内塌陷形成封闭的微泡结构，该种微泡结构属于光纤法布里-珀罗干涉腔结构，用于感知压力变化。

6、在一较佳实施例中：所述步骤1将蓝宝石光纤端面进行机械研磨的具体方式为：使用裸光纤研磨机与电子显微镜实时观测，粗磨光纤除去光纤崩边，半精磨、精磨、抛光以获得良好的平整的、具有光学级别粗糙度的表面。

7、在一较佳实施例中：所述步骤2具体包括以下步骤：

8、步骤2.1：将通过机械研磨端面后的蓝宝石光纤放置在光纤夹具中，使光纤研磨的端面全部处于水中，水的液面高于光纤端面，最后在夹具上盖上透光的盖玻片；

9、步骤2.2：使用飞秒激光焦点聚焦于加工表面，控制位移台移动加工出相应的图形，以获得蓝宝石光纤端面中空腔体结构。

10、在一较佳实施例中：所述的光纤熔接机对蓝宝石光纤端面中空腔体结构进行多次放电的制作微泡的具体方法为：将制备成的蓝宝石端面中空腔体结构放置在光纤熔接机中，通过控制熔接机推进距离、放电强度以及放电时间，使蓝宝石端面中空腔体结构实现塌陷，形成封闭的微泡结构。

11、本发明又提供了基于所述蓝宝石光纤微泡结构的压力传感器的制备方法而得的的蓝宝石光纤微泡的压力传感器，包括蓝宝石光纤本体和一压力感应部；

12、在一较佳实施例中：所述的压力感应部设置在沿蓝宝石光纤本体长度方向的端部上，其底部与蓝宝石光纤本体的端部同轴固连；所述压力感应部为法布里-珀罗干涉腔。

13、本发明还提供了基于所述蓝宝石光纤微泡的压力传感器的使用方法，其特征在于：当环境压力发生变化引起法布里-珀罗干涉腔的腔长变化，通过测量腔长变化量可以对空间压力值进行反推。

14、相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

15、本发明提供了基于蓝宝石光纤微泡结构的压力传感器及其制备方法，解决了现有光纤传感结构复杂的制作过程以及在高温环境下应用受限等问题，本发明结构精简、设计合理、动态灵敏度高，所采用的蓝宝石光纤，具有极高的耐高温性，同时，微泡结构制备可靠性高、可避免电磁干扰有益于光纤传感技术使用范围的拓展和推广。

技术特征：

1.基于蓝宝石光纤微泡的压力传感器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于蓝宝石光纤微泡的压力传感器制备方法，其特征在于：根据步骤1所述的将蓝宝石光纤端面进行机械研磨的具体方式为：使用裸光纤研磨机与电子显微镜实时观测，粗磨光纤除去光纤崩边，半精磨、精磨、抛光以获得良好的平整的、具有光学级别粗糙度的表面。

3.根据权利要求1所述的基于蓝宝石光纤微泡的压力传感器制备方法，其特征在于：所述步骤2具体包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的基于蓝宝石光纤微泡的压力传感器制备方法，其特征在于：根据步骤3所述的光纤熔接机对蓝宝石端面中空腔体结构进行多次放电的制作微泡的具体方法为：将制备成的蓝宝石光纤端面中空腔体结构放置在光纤熔接机中，通过控制熔接机推进距离、放电强度以及放电时间，使蓝宝石端面中空腔体结构出现塌陷，形成封闭的微泡结构。

5.基于权利要求1-4中任一项所述的制备方法制备而得的蓝宝石光纤微泡的压力传感器，其特征在于；包括蓝宝石光纤本体和一压力感应部；所述压力感应部设置在沿蓝宝石光纤本体长度方向的端部上，其底部与蓝宝石光纤本体的端部同轴固连；

6.基于权利要求5所述的蓝宝石光纤微泡的压力传感器的使用方法，其特征在于：当环境压力发生变化引起法布里-珀罗干涉腔的腔长变化，通过测量腔长变化量可以对空间压力值进行反推。

技术总结
本发明提供了基于蓝宝石光纤微泡结构的压力传感器及制备和使用方法，首先研磨蓝宝石光纤端面使其具有光学级别粗糙度，然后使用飞秒激光水击穿法刻蚀光纤端面使其构成中空腔体结构，最后采用电弧放电技术对蓝宝石光纤端面中空腔体结构进行多次放电，使其向内塌陷形成封闭的用于感知压力的微泡结构腔，所述微泡腔为法布里‑珀罗干涉腔。当其受到的压力改变时气泡壁面向腔内压缩，可以通过测量腔长改变量即可计算出环境的压力值。本发明所提供的技术方案制作出一种基于蓝宝石光纤微泡结构的耐高温压力传感器，所采用的蓝宝石光纤，具有极高的耐温性，同时，微泡结构制备工艺简单，可靠性高、可避免电磁干扰。

技术研发人员：薛晨阳,海振银,郭茂成,朱宏田,张奇
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8