一种基于软性硅膜片的光纤压力传感器及其检测方法与流程

本发明涉及微型传感器技术领域，具体涉及一种基于软性硅膜片的光纤压力传感器及其检测方法。

背景技术：

光纤传感技术最早是在美欧等西方国家被广泛研究，发展至今不断趋近成熟化，朝着高性能、高实用性的方向发展。

在现有技术中普遍存在以下缺点：

1、如今采用的膜片式测压探头大多制膜方式复杂，成本高，不适宜动物体内检测。

2、大部分测压探头制备过于复杂，薄膜采集和黏附过程需在显微镜下操作，对操作环境以及实验材料的要求高，一般不易制备。

3、一般测压探头都不适宜一些特殊易导电易污染等特殊待测物的检测，容易受到电磁干扰。

技术实现要素：

鉴于现有技术的缺陷，本发明旨在于提供本文提出一种基于软性硅膜片的光纤压力传感器及其检测方法，具体的说，薄膜的制备材料使用硅胶。传感器中软性硅膜可通过如ab硅胶等比例混合、定型和风干后成膜，粘附至所述输入光纤形成的光路中如管口前端，内侧或侧向表面，但不限于此，薄膜主要用于感受压力产生形变的作用，构成传感探头本身。

压力传感原理采用fp干涉原理，fp干涉需要两个平行界面，本发明将制备的软性硅膜片通过硅胶粘在管体管口上从而构成简易的fp腔；而后，将一根光纤靠近薄膜用于检测薄膜形变。利用光的干涉原理，因为光在不同介质时的反射率不一样，因此光在通过空气与硅膜片时都会产生反射，反射回系统的两束光发生干涉。反射光经光纤返回耦合器发生干涉经系统解析得到光程差，进而根据形变量和压力值确定传感器灵敏度。或也可使用膜片的反射光与干涉系统中参考光路的反射光相干涉解析得到光程差。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于软性硅膜片的光纤压力传感器，具有直接测量设备或干涉系统，所述压力传感器包括管体、硅膜片与光纤，所述硅膜片粘贴于所述输入光纤形成的光路中，所述光纤置于所述管体内且出射光可照射到硅薄膜。

优选的，所述硅膜片使用硅胶粘贴于所述管口表面内测。

优选的，所述压力传感器的外径可小于2mm。

本发明还提供一种基于硅膜片的光纤压力传感器检测压力的方法，具有输入光，所述方法包括以下步骤：

s1当光到光纤的管口时也会形成一道反射光a；

s2输入光经光纤后穿过空气到达软性硅膜片表面会产生反射光b；

s3反射光a、反射光b经光纤返回耦合器发生干涉经系统解析得到光程差；

s4进而通过计算得到压力值在可测范围内与形变深度之间的函数关系，从而达到能够预测压力的性能。

更进一步的，本发明再提供一种基于硅膜片的光纤压力传感器检测压力的方法，具有输入光，所述方法包括以下步骤：

s1输入光经光纤后穿过空气到达软性硅膜片表面会产生反射光b；

s2可使用反射光b与干涉系统中参考光路的反射光相干涉解析得到光程差。

s3通过计算得到压力值在可测范围内与形变深度之间的函数关系，从而达到能够预测压力的性能。

本发明有益效果在于：

1、利用超薄软性硅膜片贴附在输入光纤形成的光路中，当外界压力改变时会引起薄膜形变，可直接探测或基于相干光干涉原理对膜片的振动形变量进行勘测，测量软性硅膜的形变量并设定对应的压力值以及可测压力范围，进而通过计算得到压力值在可测范围内与形变深度之间的函数关系，从而达到能够预测压力的性能。

2、在本技术方案下，整个光纤探头的大小可根据实验需求进行调整，在不影响功能的情况下有效提高了探头的灵敏度。

3、在对特殊易导电易污染等特殊待测物进行检测诊断时，使用光纤探头相对于其他金属导电类探头安全系数更高，有效避免各种安全隐患，提高了检测效率和准确率。

4、极大的缩减了制作成本和时间。

5、膜片硬度适中，可承受较大压力范围。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

本发明为一种基于硅胶制备的软性硅膜片的光纤压力传感器，具有耦合器发生干涉经系统，所述压力传感器包括管体1、软性硅膜片2与光纤3，所述软性硅膜片2粘贴于所述输入光纤3形成的光路中，所述光纤3置于所述管体内且靠近于所述软性硅薄膜2。

优选的，所述软性硅膜片粘贴于所述输入光纤形成的光路中如管口。

本发明还提供一种基于硅膜片的光纤压力传感器检测压力的方法，具有输入光，所述测量方法有两种，可以直接测量或干涉测量，第一种包括以下步骤：

s1当光到光纤的管口时也会形成一道反射光a；

s2输入光经光纤后穿过空气到达软性硅膜片表面会产生反射光b；

s3反射光a、反射光b经光纤返回耦合器发生干涉经系统解析得到光程差；

s4进而通过计算得到压力值在可测范围内与形变深度之间的函数关系，从而达到能够预测压力的性能。

第二种包括以下步骤：

s1输入光经光纤后穿过空气到达软性硅膜片表面会产生反射光b；

s2可使用反射光b与干涉系统中参考光路的反射光相干涉解析得到光程差。

s3通过计算得到压力值在可测范围内与形变深度之间的函数关系，从而达到能够预测压力的性能。

实施例1

将利用硅胶如ab硅胶等材料制备的软性硅膜片2粘在输入光纤形成的光路中如管口，将光纤3靠近软性硅膜片2用于检测其形变。进一步的，本发明的原理是利用光的干涉原理，因为光在不同介质时的反射率不一样，因此光在通过空气和软性硅膜片时都会产生反射，反射回系统的两束光发生干涉。具体的说，当光到达光纤管口时也会形成一道反射光a，当激光器发出的光经光纤3后穿过空气到达软性硅膜片表面时会产生一束反射光b，光纤端面和薄膜之间构成fp腔，最终反射光a、反射光b经光纤返回耦合器发生干涉经系统解析得到光程差，进而根据fp腔腔长的形变量和压力值确定传感器灵敏度。或也可使用反射光b与干涉系统中参考光路的反射光相干涉解析得到光程差。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于软性硅膜片的光纤压力传感器，具有直接测量设备或干涉系统，其特征在于，所述压力传感器包括管体、硅膜片与光纤，所述硅膜片粘贴于所述输入光纤形成的光路上，所述光纤置于所述管体内且出射光可照射到硅薄膜。

2.根据权利要求1所述的基于软性硅膜片的光纤压力传感器，其特征在于，所述硅膜片使用硅胶粘贴于所述输入光纤形成的光路中如管口前端，内侧或侧向表面。

3.根据权利要求1所述的基于硅膜片的光纤压力传感器，其特征在于，所述压力传感器的外径可小于2mm。

4.一种利用如权利要求1所述的基于硅膜片的光纤压力传感器检测压力的方法，具有输入光，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

s1当光到光纤的管口时也会形成一道反射光a；

s2输入光经光纤后穿过空气到达软性硅膜片表面会产生反射光b；

s3反射光a、反射光b经光纤返回耦合器发生干涉经系统解析得到光程差；

s4进而通过计算得到压力值在可测范围内与形变深度之间的函数关系，从而达到能够预测压力的性能。

5.一种利用如权利要求1所述的基于硅膜片的光纤压力传感器检测压力的方法，具有输入光，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

s1输入光经光纤后穿过空气到达软性硅膜片表面会产生反射光b；

s2可使用反射光b与干涉系统中参考光路的反射光相干涉解析得到光程差。

s3通过计算得到压力值在可测范围内与形变深度之间的函数关系，从而达到能够预测压力的性能。

技术总结
本发明公开了一种基于软性硅膜片的光纤压力传感器及其检测方法，所述压力传感器包括管体、软性硅膜片与光纤，所述光纤置于所述管体内且靠近于所述硅薄膜，薄膜贴于所述输入光纤形成的光路中如管口前端，内侧或侧向表面。利用硅胶制备超薄硅膜片，当外界压力改变时会引起薄膜形变，可用直接探测或基于相干光干涉原理探测对硅膜的振动形变量进行勘测，测量硅膜片的形变量并设定对应的压力值以及可测压力范围，计算得到压力值在可测范围内与形变深度之间的函数关系，从而达到能够测试压力的作用。

技术研发人员：梁姗姗;程雪园;李新宇
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：2020.05.26
技术公布日：2020.07.31