[發明專利]一種光纖F-P腔式壓力傳感器的溫度補償方法

有效

• 申請號: 201710580155.0
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107560780B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 苑偉政;馬志波;郭雪濤;張晗
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02;G01L19/04
• 代理公司: 61204 西北工業大學專利中心
• 代理人: 呂湘連

本發明屬于微機電系統(MEMS)高溫壓力傳感技術領域，涉及一種光纖F?P腔(法布里?帕羅干涉儀)式壓力傳感器的溫度補償方法。本發明針對引起光纖F?P腔式的壓力傳感器測量誤差的溫度漂變,利用其本身未被利用的結構和測量過程中確實存在但卻一直當做干擾處理的信號，通過后續溫度補償算法將測量過程中的溫度因素排除，這種溫度補償方法從一定程度上可以達到降低傳感器結構復雜度，用最簡單、最高效的方法達到溫度補償的目的。

(一)技術領域

本發明屬于微機電系統(MEMS)高溫壓力傳感技術領域，涉及一種光纖F-P腔(法布里-帕羅干涉儀)式壓力傳感器的溫度補償方法。

(二)背景技術

高溫壓力傳感器輸出信號會隨被測介質(氣體或液體)溫度的變化而變化，即產生零位溫漂和靈敏度溫漂，是造成高溫環境下壓力測量誤差的主要因素。因此，壓力傳感器制作完成后，必須測量輸出信號隨被測介質(氣體或液體)溫度的變化，以適當的方式對零位溫漂和靈敏度溫漂進行補償。

現有的光纖F-P腔式壓力傳感器理論設計溫度達1000℃以上，在實際測量中存在與室溫環境較大的溫差，因此該型傳感器存在很大的溫度漂移。然而，目前針對光纖F-P腔式壓力傳感器在不同環境溫度中的使用，尚沒有一種行之有效的溫度補償方法。專利201310606330.0提到了采用光柵作為溫度補償方法，然而這種傳感器本身布線難度過大，且光纖表面上的光柵結構耐高溫性能差，雖然理論上可以作為一種溫度補償方法，但無法滿足實際需求。專利201310606168.2采用真空鍍膜的方式作為溫度補償方法，然而，鍍膜的膜層會影響傳感器測量壓力的準確性，且在不同環境溫度下，所鍍膜層的熱膨脹系數與下方的壓力敏感膜片熱膨脹系數匹配極其困難，難以實現在不同環境溫度中的持續測量。

(三)發明內容

為了解決現有的光纖F-P腔式壓力傳感器受溫度影響的問題，本發明旨在針對該型傳感器提供一種不改變傳感器原有結構、不增加額外的傳感部件、簡單高效的溫度補償方法，使其可以在不同的溫度環境下準確測壓。

本發明提出的光纖F-P腔式的壓力傳感器的溫度補償方法，先簡述此種壓力傳感器的設計結構：一種光纖F-P腔式的壓力傳感器具有位于第一層的敏感膜片、位于第二層的盲孔結構以及后續的光學部分。該型傳感器測量壓力的方法是采用第一層壓力敏感膜片感受外界壓力，敏感膜片受壓變形后會引起F-P腔腔長的變化，再通過后端光學解調系統明確F-P腔的變化量與壓力值的相關系數，達到壓力測量的目的。

本發明方法以該型傳感器的傳感測量方法為基礎，采用F-P腔的基底部分作為溫度補償結構，根據環境溫度信息，調整壓力敏感膜片的厚度參數及F-P腔的腔長參數，再根據上述壓力測量的方法測量壓力，從而實現溫度補償的目的。

本發明所采用的技術方案是：一種光纖F-P腔式壓力傳感器的溫度補償方法，其特殊之處在于包括以下步驟：

1)在開始高溫壓力測量之前，將壓力傳感器輸出置零，后端光學解調系統記錄此時刻的F-P腔上下兩個表面、F-P腔下端基底結構的上下兩個表面所反射的光束的相位差δ₀和δ₁。