[發明專利]一種基于偏振干涉的鈮酸鋰晶體壓力傳感器及其應用

有效

• 申請號: 201910143221.7
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109883586B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 尹銳;周曉騰;季偉;楊旭;黃慶捷
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 陳桂玲

本發明涉及一種基于偏振干涉的鈮酸鋰晶體壓力傳感器，屬于壓力檢測技術領域。該壓力傳感器包括單波長光源、依次連接的起偏器、LN晶體、檢偏器和光功率計，壓力檢測時，壓力接觸檢測區域為LN晶體。本發明的基于偏振干涉的鈮酸鋰晶體壓力傳感器制備簡單，利用光彈效應來測量壓力的大小，因而不會改變施力物體本身的性質，檢測結果更精準；壓力檢測過程完全基于晶體的雙折射特性和干涉效應，無電流產生，因此零功耗，節能環保。

技術領域

本發明涉及一種基于偏振干涉的鈮酸鋰(LN)晶體壓力傳感器及其應用，屬于壓力檢測技術領域。

背景技術

傳感技術是獲取自然領域中信息的重要技術，是當今世界的前沿技術，令人矚目，發展迅猛，被廣泛的應用于生活和生產等各個領域。其中壓力傳感器作為最常用的傳感器，廣泛用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道、海洋等眾多行業和領域。

目前在軍事領域,比如航天器材、飛機等領域壓力的控制及監測，海洋領域以及健康狀態監測等領域,對壓力傳感器的性能提出更高的要求,尤其是為了滿足社會需求,對壓力傳感器的精度、敏感度、穩定性等要求也越來越高，目前用于測量壓力的傳感器有光纖光柵壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器等，現如今，利用折射率變化來測量壓力已成為一種趨勢，由于它不易改變被測物質本身的性質以及損耗低等優勢得到廣泛應用。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于偏振干涉的鈮酸鋰晶體壓力傳感器及其應用，制備簡單，利用光彈效應來測量壓力的大小，因而不會改變施力物體本身的性質，檢測結果更精準；壓力檢測過程完全基于晶體的雙折射特性和干涉效應，無電流產生，因此零功耗，節能環保。

術語解釋：

鈮酸鋰，英文名稱是Lithium niobate，簡稱LN，屬三方晶系，鈦鐵礦型(畸變鈣鈦礦型)結構，無色固體，具有鈣鈦礦型結構。

本發明采用以下技術方案：

一方面，本發明提供一種基于偏振干涉的鈮酸鋰晶體壓力傳感器，包括單波長光源、依次連接的起偏器、LN晶體、檢偏器和光功率計，壓力檢測時，壓力接觸檢測區域為LN晶體。LN晶體為折射率敏感區域，也是壓力接觸檢測區域，當外力發生變化時，偏振光對應的兩個正交方向的折射率就會發生不同的變化，正交方向上偏振光傳播速度不同，到達晶體/波導另一端的相位就會發生偏移，光功率值就會發生變化。通過檢測光功率的偏移量，達到檢測壓力大小的目的。

優選的，所述鈮酸鋰晶體壓力傳感器還包括準直器，也叫光纖準直器，單波長光源進入準直器中進行耦合。所述LN晶體壓力傳感器無需半導體工藝，制備簡單，LN晶體壓力傳感器整體為折射率敏感區域，由于LN晶體的光彈性效應，當有外力施加或者改變時，LN晶體中偏振方向的折射率發生改變，導致傳播速度發生變化，引起兩個方向的偏振光的相位改變量的差異，進而影響兩個偏振光耦合后的輸出光強，因此可以通過光強的改變可以實現檢測壓力大小的目的。

優選的，所述LN晶體上制備有LN波導，所述LN波導為LN高折射率區域，即折射率敏感區域，所述LN晶體為低折射區域，壓力檢測時，壓力接觸檢測區域為LN波導區域。

基于偏振干涉的帶有LN波導的LN晶體壓力傳感器檢測原理與LN晶體壓力傳感器相同，波導取代準直器，具有限制單波長光在各向異性的傳播路徑的作用。

該壓力傳感器折射率敏感區域主要為LN波導部分，高折射率LN波導具有光彈性效應，當有外力施加或者改變時，LN波導中偏振方向的折射率發生改變，壓力作用下不同偏振方向傳播速度發生變化，引起兩個方向的偏振光的相位改變量的不同，進而改變兩個偏振光耦合后的輸出光強，因此由光強的改變可以實現檢測壓力大小的目的。

優選的，所述LN晶體為長方體結構，但不限于長方體結構，可根據實際情況靈活調整。