[發(fā)明專(zhuān)利]法珀傳感器及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711269044.4
• 申請(qǐng)日: 2017-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109870255B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張立喆;林春
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京佰為深科技發(fā)展有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01L1/24
• 分類(lèi)號(hào): G01L1/24
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 陳钘;陳茜

本發(fā)明涉及法珀傳感器及其制造方法。法珀傳感器包括：基部；腔體，形成在所述基部和壓力敏感膜片之間，且由基部和壓力敏感膜片封閉；所述壓力敏感膜片，固定到所述基部，其中，所述壓力敏感膜片具有一個(gè)或多個(gè)局部區(qū)域，每一個(gè)局部區(qū)域具有摻雜到壓力敏感膜片的基礎(chǔ)材料中以產(chǎn)生應(yīng)力的摻雜物質(zhì)，任一局部區(qū)域不貫穿壓力敏感膜片的整個(gè)厚度，所述壓力敏感膜片在所述應(yīng)力的作用下呈現(xiàn)波狀構(gòu)造；光纖，用于傳導(dǎo)光信號(hào)，所述光纖的一個(gè)端部固定到基部的光纖安裝部，所述光纖安裝部位于基部的、與所述腔體相對(duì)的端部處。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，特別地涉及一種具有非線(xiàn)性補(bǔ)償設(shè)計(jì)和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)的法珀傳感器，并涉及其制造方法。

背景技術(shù)

光纖傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，如石油、航空、航天、醫(yī)療、海洋等方面，且展現(xiàn)了優(yōu)異的性能，例如具有耐受惡劣環(huán)境、耐電磁輻射、抗干擾、無(wú)源防爆、體積小巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)范圍大、能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布測(cè)量、制作過(guò)程材料使用量少等優(yōu)點(diǎn)。

光纖傳感器比較成熟的技術(shù)主要有兩種，一種是利用光纖光柵黏貼在受壓模型上，通過(guò)模型受到壓力后的形變來(lái)進(jìn)行壓力測(cè)量；另外一種是采用法布里-珀羅腔(或可簡(jiǎn)稱(chēng)為法珀腔、FP腔)技術(shù)，通過(guò)腔長(zhǎng)度的變化來(lái)感測(cè)壓力或溫度。采用第二種技術(shù)的光纖傳感器可稱(chēng)為光纖法布里-珀羅傳感器，或可簡(jiǎn)稱(chēng)為法布里-珀羅傳感器、法珀傳感器、FP傳感器等，其特別適于作為壓力傳感器使用。

專(zhuān)利US7689071B2公開(kāi)了一種用于測(cè)量壓力的法布里-珀羅傳感器。附圖1示出了這種現(xiàn)有的法布里-珀羅傳感器的示例性圖示。其中，該法珀傳感器主要包括具有腔體1_5的玻璃基部1_6、固定到該玻璃基部1_6的單層壓力敏感膜片1_4、設(shè)置在玻璃基部1_6的腔體底部的第一反射鏡1_3、設(shè)置在壓力敏感膜片1_4下表面的第二反射鏡1_2，以及用于傳導(dǎo)光學(xué)信號(hào)的雙向光纖1_1。其中第一反射鏡1_3、第二反射鏡1_2以及腔體1_5構(gòu)成法布里-珀羅腔。由于法布里-珀羅腔的長(zhǎng)度是壓力的明確函數(shù)，因此通過(guò)獲知法布里-珀羅腔的長(zhǎng)度即可獲知施加到壓力敏感膜片1_4的壓力。

上述單質(zhì)單晶薄膜結(jié)構(gòu)的法珀傳感器采用存在若干問(wèn)題。如圖3所示，隨著壓力的增加，其壓力敏感膜片偏移量的增加明顯減少，即壓力敏感膜片的偏移是所施加壓力的非線(xiàn)性函數(shù)。由于壓力敏感膜片的偏移在全壓力量程中存在這種較強(qiáng)的非線(xiàn)性，因此在較高壓力范圍內(nèi)法珀傳感器的靈敏度受到限制。

針對(duì)上文所述的技術(shù)問(wèn)題，專(zhuān)利CN103534568B公開(kāi)了一種用于測(cè)量壓力的法布里-珀羅傳感器，其圍繞特定偏壓壓力進(jìn)行了靈敏度優(yōu)化。附圖2示出了該專(zhuān)利CN103534568B所公開(kāi)的法布里-珀羅傳感器的局部示意圖。具體地，該法珀傳感器包括基部2_1以及安裝在該基部上的壓力敏感膜片。該壓力敏感膜片包括由第一材料制成的第一層2_2、和由第二材料制成且包括內(nèi)部應(yīng)力的第二層2_3。第二層2_3安裝在該第一層2_2上，使得壓力敏感膜片形成雙層結(jié)構(gòu)。

上述采用雙層或更多層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)的法珀傳感器仍然存在若干問(wèn)題，包括但不限于，第一，利用額外的、存在應(yīng)力的結(jié)構(gòu)層來(lái)拉伸傳感器靈敏度的線(xiàn)性段，使得壓力敏感膜片必須為非單層結(jié)構(gòu)，增加了壓力敏感膜片結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度；第二，多層膜相比單層膜，由于膜厚的增加，會(huì)降低整體傳感器的靈敏度；第三，多層膜材料自身長(zhǎng)期穩(wěn)定性也綜合影響傳感器的長(zhǎng)期性能；第四，由于尺寸微小，在上述專(zhuān)利的制造方法中，為了將第二層增加到第一層上需要復(fù)雜的工藝和步驟，這增加了傳感器的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容

著眼于現(xiàn)有傳感器設(shè)計(jì)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新型的法布里-珀羅傳感器，其不但能夠避免現(xiàn)有傳感器設(shè)計(jì)存在的上述問(wèn)題，還具有下文中所述的其他優(yōu)勢(shì)。