[發明專利]一種具有溫度補償功能的光纖式超高溫壓力傳感器

有效

• 申請號: 201810549938.7
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108896232B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 趙友;趙玉龍;楊鑫婉
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01L7/08
• 分類號: G01L7/08
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種具有溫度補償功能的光纖式超高溫壓力傳感器(1)，包括傳感器芯片(3)，其特征在于：傳感器芯片(3)信號輸出和耐高溫光纖(4)連接，傳感器芯片(3)安裝在傳感器探頭(2)內，耐高溫光纖(4)穿過封裝板(5)及光纖套管(6)，光纖套管(6)連接在封裝板(5)上，封裝板(5)和傳感器探頭(2)連接實現傳感器芯片(3)、耐高溫光纖(4)的封裝；

所述的傳感器探頭(2)呈圓柱形，傳感器探頭(2)的前端面和內部分別有引壓孔(7)和傳感器芯片安裝槽(8)，傳感器探頭(2)的前端面和側面連接處設有倒圓角結構(9)，傳感器探頭(2)選擇具有耐高溫特性的AlN陶瓷燒結而成；

所述的封裝板(5)的前端面涂敷有一層耐高溫陶瓷膠(10)，其后端面與側面設有倒圓角結構(9)，封裝板(5)的中心有一個通孔(11)用于安裝光纖套管(6)，封裝板(5)和光纖套管(6)均采用AlN陶瓷燒結而成；

所述的具有溫度補償功能的光纖式超高溫壓力傳感器分別設置有長度為L1的第一琺珀腔和長度為L2的第二琺珀腔，其中第一琺珀腔為真空結構，第二琺珀腔為傳感器芯片基底材料，入射光束經過光纖射入傳感器芯片(3)后會在第二琺珀腔、第一琺珀腔的表面發生反射和折射，這些反射或折射光具有相同的頻率并發生多光束干涉，相鄰的反射或折射光之間具有穩定的光程差和相位差，其光程差和相位差與琺珀腔長度呈線性關系；當外界壓力P作用于壓力敏感薄膜(12)上，壓力敏感薄膜(12)會發生彎曲變形導致第一琺珀腔長度L1發生變化，繼而影響第一琺珀腔內多光束干涉的結果；解調經過多光束干涉并反射回耐高溫光纖(4)的光信號，得到第一琺珀腔長度L1變化的信息，繼而得到外界壓力P的信息由于傳感器芯片(3)處于超高溫環境中，壓力敏感薄膜(12)在受熱情況下會發生線性熱膨脹，造成第一琺珀腔長度L1發生變化，因此實際情況中解調反射光信號得到的第一琺珀腔長度L1變化的信息里包含了由熱膨脹原因引起的琺珀腔長度變化的那一部分，通過解調反射光獲得影響第二琺珀腔長度L2的溫度信息，據此對第一琺珀腔解調后的信號進行溫度補償計算，最終獲得真實的外界壓力值P。

2.根據權利要求1所述的一種具有溫度補償功能的光纖式超高溫壓力傳感器(1)，其特征在于：所述的傳感器芯片(3)包括通過熱壓鍵合的方式結合在一起的壓力敏感薄膜(12)和傳感器芯片基底(13)，在傳感器芯片基底(13)的中央有一個圓形凹腔(14)，壓力敏感薄膜(12)的前面通過毛化處理制作成非光潔表面(16)，壓力敏感薄膜(12)的后面正對圓形凹腔(14)的區域制作有一層光線反射薄膜(15)；所述的非光潔表面(16)采用濕法腐蝕或者激光加工的方法制作，圓形凹腔(14)采用干法刻蝕或機械加工的方法制作，光線反射薄膜(15)的材料選擇二氧化硅、石墨烯等具有高反射率的材料并通過氣相沉積的方法進行加工。

3.根據權利要求1所述的一種具有溫度補償功能的光纖式超高溫壓力傳感器，其特征在于：所述的傳感器芯片(3)通過耐高溫陶瓷膠(10)安裝在傳感器探頭(2)內部的芯片安裝槽(8)中，外界壓力P通過引壓孔(7)作用在壓力敏感薄膜(12)的非光潔表面(16)上，耐高溫光纖(4)安裝在光纖套管(6)中，并且耐高溫光纖(4)和光纖套管(6)與壓力傳感器芯片基底(13)緊密相連，光纖套管(6)穿過封裝板(5)，封裝板(5)與傳感器探頭(2)之間通過耐高溫陶瓷膠(10)實現密封粘結。

4.根據權利要求1所述的一種具有溫度補償功能的光纖式超高溫壓力傳感器，其特征在于：所述的耐高溫光纖(4)選擇藍寶石光纖。