一种法珀腔式压力传感器

本技术涉及一种法珀腔式传感器，特别是涉及一种适用于高温环境的法珀腔式压力传感器。

背景技术：

1、高温环境下物理参量传感技术在航空、安防、军事、工业及环境监测等领域有着极其广泛的应用，随着先进技术的发展，在高温恶劣环境下实现对压力进行稳定、实时及准确地传感具有重大意义。

2、对于高温环境下的压力测量，现有技术有直接法和间接法。间接法是利用引压管将待测高温压力介质引出并降温，再通过常温压力传感器实现压力测量。该方法简单易实现，但是具有迟滞性，且测量精度低。直接法是将高温压力传感器直接置于高温环境中进行压力测量，响应快、测量精度高。高温压力传感器可分为压阻式、压电式、电容式以及光纤式。压阻式高温压力传感器利用半导体材料的压阻效应研制而成，然而由于高温环境下漏电流增大，材料热膨胀系数不匹配等问题导致传感器性能恶化，且工作温度大多在600℃以下。压电式高温压力传感器利用新型耐高温的压电材料研制而成，但高温环境下晶体会出现相变、热稳定性变差等情况，且传感器工作温度通常在700℃以下。电容式高温压力传感器利用耐高温材料构造电容腔，可以用无线无源的方式实现信号传输，但温度升高导致无线信号耦合效率降低，适用于600℃以下工作。基于法珀干涉仪的光纤压力传感器与上述压阻式、压电式、电容式的压力传感器相比，具有耐高温、体积小、质量轻、抗电磁干扰、本征安全等优点，因此广泛应用于航空航天、工业、医疗等领域。

3、目前，现有技术的基于法珀干涉仪的光纤压力传感器的压力敏感芯体普遍采用石英材质，其耐高温和耐压性能存在局限性，无法适用于恶劣环境。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有技术存在的技术问题，提供了一种法珀腔式压力传感器，其能够大大提高压力敏感芯体的耐温和耐压性能。

2、本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种法珀腔式压力传感器，包括压力敏感芯体、光纤和固定套管，所述压力敏感芯体包括外径相同且为蓝宝石材质的受力晶片、环形晶片和基底晶片，环形晶片的中间通孔形成空气腔；所述受力晶片、环形晶片、基底晶片层叠固定在一起，并同轴设置，且环形晶片位于受力晶片和基底晶片之间；所述光纤穿设于固定套管，固定套管的一端固定于基底晶片背对环形晶片的表面，且固定套管与基底晶片同轴设置，所述固定套管的另一端与光纤固定连接；所述光纤的出光面与受力晶片面向环形晶体的表面平行。

3、进一步的，所述基底晶片的厚度为所述空气腔的深度的1.5-2.5倍。

4、进一步的，所述基底晶片的厚度为所述空气腔的深度的2.1倍。

5、进一步的，所述受力晶片、环形晶片和基底晶片热压键合在一起。

6、进一步的，所述固定套管的内径与所述光纤的外径相匹配，所述固定套管的另一端采用高温胶与所述光纤固定连接。

7、进一步的，所述固定套管的另一端外周采用高温胶与所述基底晶片固定连接。

8、进一步的，所述高温胶为氧化铝胶。

9、进一步的，所述固定套管为氧化锆套管。

10、进一步的，所述光纤位于所述固定套管内的一端与所述固定套管的一端平齐，并与所述基底晶片接触。

11、进一步的，所述光纤为蓝宝石光纤。

12、相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

13、1、由于所述压力敏感芯体包括外径相同且为蓝宝石材质的受力晶片、环形晶片和基底晶片，环形晶片的中间通孔形成空气腔，所述受力晶片、环形晶片、基底晶片层叠固定在一起，并同轴设置，使得本实用新型相较于石英材质的压力敏感芯体，其工作温度量程高，可适用于恶劣环境，具体，本实用新型可在1600℃下承受10mpa的压力，保障了传感器的结构强度。

14、2、所述基底晶片的厚度为所述空气腔的深度采用相匹配的比例设置，使光学信号的包络提取难度降低，同时提升了所提取信号的质量，从而提高传感器精度。

15、以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种法珀腔式压力传感器不局限于实施例。

技术特征：

1.一种法珀腔式压力传感器，包括压力敏感芯体、光纤和固定套管，其特征在于：所述压力敏感芯体包括外径相同且为蓝宝石材质的受力晶片、环形晶片和基底晶片，环形晶片的中间通孔形成空气腔；所述受力晶片、环形晶片、基底晶片层叠固定在一起，并同轴设置，且环形晶片位于受力晶片和基底晶片之间；所述光纤穿设于固定套管，固定套管的一端固定于基底晶片背对环形晶片的表面，且固定套管与基底晶片同轴设置，所述固定套管的另一端与光纤固定连接；所述光纤的出光面与受力晶片面向环形晶体的表面平行。

2.根据权利要求1所述的法珀腔式压力传感器，其特征在于：所述基底晶片的厚度为所述空气腔的深度的1.5-2.5倍。

3.根据权利要求2所述的法珀腔式压力传感器，其特征在于：所述基底晶片的厚度为所述空气腔的深度的2.1倍。

4.根据权利要求3所述的法珀腔式压力传感器，其特征在于：所述受力晶片、环形晶片和基底晶片热压键合在一起。

5.根据权利要求1所述的法珀腔式压力传感器，其特征在于：所述固定套管的内径与所述光纤的外径相匹配，所述固定套管的另一端采用高温胶与所述光纤固定连接。

6.根据权利要求1所述的法珀腔式压力传感器，其特征在于：所述固定套管的另一端外周采用高温胶与所述基底晶片固定连接。

7.根据权利要求5或6所述的法珀腔式压力传感器，其特征在于：所述高温胶为氧化铝胶。

8.根据权利要求1或5或6所述的法珀腔式压力传感器，其特征在于：所述固定套管为氧化锆套管。

9.根据权利要求1所述的法珀腔式压力传感器，其特征在于：所述光纤位于所述固定套管内的一端与所述固定套管的一端平齐，并与所述基底晶片接触。

10.根据权利要求1或8所述的法珀腔式压力传感器，其特征在于：所述光纤为蓝宝石光纤。

技术总结
本技术公开了一种法珀腔式压力传感器，包括压力敏感芯体、光纤和固定套管，所述压力敏感芯体包括外径相同且为蓝宝石材质的受力晶片、环形晶片和基底晶片，环形晶片的中间通孔形成空气腔；所述受力晶片、环形晶片、基底晶片层叠固定在一起，并同轴设置，且环形晶片位于受力晶片和基底晶片之间；所述光纤穿设于固定套管，固定套管的一端固定于基底晶片背对环形晶片的表面，且固定套管与基底晶片同轴设置，所述固定套管的另一端与光纤固定连接；所述光纤的出光面与受力晶片面向环形晶体的表面平行。本技术相较于石英材质的压力敏感芯体，可适用于恶劣环境，具体，本技术可在1600℃下承受10MPa的压力，保障了传感器的结构强度。

技术研发人员：海振银,薛晨阳,郭茂成,段博文,梁睿,苏智轩
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：20230511
技术公布日：2024/1/15