专利名称：一种在高温环境下具有高稳定性的压力传感器微纳结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在高温环境下具有高稳定性的压力传感器微纳结构，属于航空压力传感器制造技术领域。
背景技术：
航空发动机技术被誉为现代工业“皇冠上的明珠”，是一个国家科技、工业、经济和国防实力的重要标志。航空发动机是具有复杂的气动力、热力和结构的动力装置，它的性能好坏影响着飞机的性能。随着航空发动机向高增压比、高涡轮进口温度、高推重比、及高可靠性发展，在复杂多变的条件下，测量瞬变过程中的发动机高温区动态压力和流场特性并掌握其变化规律，对于实现发动机控制和调节是极其重要的。现在普遍的检测方式是间接测量，就是将压力传感器布置在低温区位置，但是这种检测方式会造成对压力动态监测灵敏度的将降低。然而直接检测技术对传感器提出非常苛刻的要求，它需要能够在承受超高温环境的同时具备稳定的测量精度(工作温度高于800°C，精度优于±2%FS)。目前商业化使用的主要是硅扩散型压阻式压力传感器，其工艺成熟且性能优异，但它受P-N结耐温限制，只能在120°C以下进行压力测量，超过120°C时，传感器的性能会严重恶化以至失效，在600°C时会发生塑性变形和电流泄漏，导致信号处理系统和电路的极度失调，远不能满足未来航空发动机超高温环境下压力检测。
发明内容
(一)目的:
为了克服现有的航空发动机压力传感器在超高温环境下工作的不足，本发明的目的在于提供一种能在高温环境下实现对压力检测的传感器微纳结构。该传感器同时在高温环境下具有高稳定性。(二)技术方案为达到上述目的，本发明的技术方案如下实现:本发明一种在高温环境下具有高稳定性的压力传感器微纳结构，其特征在于，它包括:碳化娃膜片、反射膜、半反射膜、键合层、碳化娃基板、封装层和蓝宝石光纤；它们之间的连接关系是:反射膜镀在碳化硅膜片中部，半反射膜镀在蓝宝石光纤末端，键合层位于碳化硅膜片与碳化硅基板之间，蓝宝石光纤通过封装层与碳化硅基板连接，用于传输光信号。所述碳化硅膜片，为圆形薄片，当外界作用一压力时会引起膜片的变形；所述反射膜，镀在碳化硅膜片上中部位置，增强光的反射率；所述半反射膜，镀在蓝宝石光纤末端，增强光的干涉效果；所述键合层，为二氧化娃材质，使碳化娃膜片与碳化娃基板键合在一起；所述碳化硅基板，为圆形薄片，在其上分别加工出腔体和光纤定位孔；所述封装层，为高温陶瓷胶，用于蓝宝石光纤和碳化硅基板的封装；
所述蓝宝石光纤，与碳化硅基板连接，用于传输光信号。其中，碳化硅膜片的厚度为5微米，直径为I毫米；其中，碳化硅基板厚度为350微米，碳化硅基板上设置的腔体深度和直径分别为20微米和500微米，光纤定位孔直径为150微米；其中，反射膜厚度为200纳米；其中，蓝宝石光纤直径为125微米。(三)优点及功效本发明具有以下有益效果:1、本发明提供的传感器装置主体部分由碳化硅直接键合而成，下端部分由单根蓝宝石裸光纤与碳化硅气密性封装完成，该装置可以实现在高温环境下对压力检测；2、本发明提供的传感器装置腔体结构全部由碳化硅构成，各部分具有相同的热膨胀系数和热传导系数，当键合层为二氧化硅材质，同时通过优化键合层厚度，形成温差变形自补偿结构腔体，该装置具有低的温度漂移特性；3、本发明提供的检测装置结构简单、抗干扰能力强。
图1为本发明中一种在高温环境下具有高稳定性的压力传感器微纳结构示意图。图中符号说明如下:1、碳化硅膜片；2、反射膜；3、半反射膜；4、键合层；5、碳化硅基板；6、封装层；7、
蓝宝石光纤。
具体实施例方式参见图1，本发明一种在高温环境下具有高稳定性的压力传感器微纳结构，它包括:碳化硅膜片1、反射膜2、半反射膜3、键合层4、碳化硅基板5、封装层6和蓝宝石光纤7 ；它们之间的位置连接关系是:反射膜2镀在碳化硅膜片I中部，半反射膜3镀在蓝宝石光纤7末端,键合层4位于碳化娃膜片I与碳化娃基板5之间,蓝宝石光纤7通过封装层6与碳化硅基板5连接，用于传输光信号。所述碳化硅膜片1，为圆形薄片，当外界作用一压力时会引起膜片的变形，用于感知外界压力；碳化硅膜片I厚度为5微米，直径为I毫米；通过在单晶硅上利用CVD (化学气相沉积)外延生长得到；所述反射膜2，镀在碳化硅膜片I上，用于增强光的反射率，厚度为200纳米；所述半反射膜3，镀在蓝宝石光纤7末端，通过改变光信号的透过率及反射率，增强光的干涉效果；
所述键合层4,为二氧化娃材质,使碳化娃膜片I与碳化娃基板5键合在一起；通过控制键合层4的厚度，使得腔体具有温差变形自补偿功能；所述碳化硅基板5，为圆形薄片，厚度为350微米，利用波长为355纳米的紫外激光器在其上分别加工出腔体和光纤定位孔，加工时激光器平均功率是IW (瓦)，腔体深度和直径分别为20微米和500微米，光纤定位孔直径为150微米；所述封装层6，用于光纤7和碳化硅基板5的封装，材料为高温陶瓷胶；
所述蓝宝石光纤7，为已除掉涂覆层的裸光纤，直径为125微米，与碳化硅基板5连接，用于传输光信号；光纤头由光纤切割刀切割得到，能保证光纤头的平整度。本发明的工作原理:该传感器是基于法布里-珀罗干涉原理制成的，在碳化硅基片中形成法布里-珀罗干涉腔，两反射光束分别来自于光纤7端面和碳化硅膜片I内表面，在光纤中形成干涉条纹。设腔深为L，当在碳化硅膜片I外表面作用压力时，膜片会发生形变，这样会导致腔深L发生一个微 小的变化，引起其中一束反射光的光程变化，继而引起干涉信号的变化，干涉信号的变化可以通过测量光强变化或干涉光波峰变化，由此实现对压力的测量。
权利要求
1.一种在高温环境下具有高稳定性的压力传感器微纳结构，其特征在于:它包括碳化娃膜片、反射膜、半反射膜、键合层、碳化娃基板、封装层和蓝宝石光纤；反射膜镀在碳化娃膜片中部，半反射膜镀在蓝宝石光纤末端，键合层位于碳化硅膜片与碳化硅基板之间，蓝宝石光纤通过封装层与碳化硅基板连接，用于传输光信号； 所述碳化硅膜片，为圆形薄片，当外界作用一压力时会弓I起膜片的变形； 所述反射膜，镀在碳化硅膜片上中部位置，增强光的反射率； 所述半反射膜，镀在蓝宝石光纤末端，增强光的干涉效果； 所述键合层，为二氧化娃材质，使碳化娃膜片与碳化娃基板键合在一起； 所述碳化硅基板，为圆形薄片，在其上分别设置有腔体和光纤定位孔； 所述封装层，为高温陶瓷胶，用于蓝宝石光纤和碳化硅基板的封装； 所述蓝宝石光纤，与碳化硅基板连接，用于传输光信号。
2.根据权利要求1所述的一种在高温环境下具有高稳定性的压力传感器微纳结构，其特征在于:该碳化硅膜片的厚度为5微米，直径为I毫米。
3.根据权利要求1所述的一种在高温环境下具有高稳定性的压力传感器微纳结构，其特征在于:该碳化硅基板厚度为350微米，碳化硅基板上设置的腔体深度和直径分别为20微米和500微米，光纤 定位孔直径为150微米。
4.根据权利要求1所述的一种在高温环境下具有高稳定性的压力传感器微纳结构，其特征在于:该反射膜厚度为200纳米。
5.根据权利要求1所述的一种在高温环境下具有高稳定性的压力传感器微纳结构，其特征在于:该蓝宝石光纤直径为125微米。
全文摘要
一种在高温环境下具有高稳定性的压力传感器微纳结构，它包括碳化硅膜片、反射膜、半反射膜、键合层、碳化硅基板、封装层和蓝宝石光纤；反射膜镀在碳化硅膜片中部，半反射膜镀在蓝宝石光纤末端，键合层位于碳化硅膜片与碳化硅基板之间，蓝宝石光纤通过封装层与碳化硅基板连接，用于传输光信号；本发明提供的检测装置结构简单、抗干扰能力强，可以实现在高温环境下的压力检测。
文档编号B81B7/00GK103234673SQ20131015167
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月27日 优先权日2013年4月27日
发明者蒋永刚, 赵一举, 张德远 申请人:北京航空航天大学