[發明專利]一種微型膜片式光纖端部FP壓力傳感器、制作方法及應用

有效

• 申請號: 201910880584.9
• 申請日: 2019-09-18
• 公開（公告）號: CN110487454B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 荊振國;彭偉;劉悅瑩;劉強;李昂
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G02B6/255
• 分類號: G02B6/255;G01L1/24;G01L11/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明提供了一種微型膜片式光纖端部FP壓力傳感器、制作方法及應用。一種微型膜片式光纖端部FP壓力傳感器，包括光纖、空芯光纖和壓力敏感膜片，光纖和空芯光纖等直徑，二者通過電弧熔接；利用氫氧催化鍵合的方法將壓力敏感膜片鍵合在空芯光纖的端面。本發明不僅可以實現傳感器整體全石英結構，還使各元件結合處不存在有機聚合物，具有極高的長期穩定性與熱穩定性。同時該制作方法提高了傳感器的適用范圍及使用壽命，也降低了制造成本。本發明可應用于高溫、高壓、強腐蝕等極端環境下對于壓力、聲波等參數的監測，也可以應用于醫療臨床領域人體內空間受限情況下的壓力測量。

技術領域

本發明涉及一種微型膜片式光纖端部法布里-珀羅(FP)壓力傳感器的制作方法，主要包括傳感器的電弧熔接和氫氧催化鍵合裝配方案，以及氫氧催化鍵合溶液的配置方法。

背景技術

壓力傳感器在工業制造、醫療、航空航天等領域具有廣泛應用。而由光纖制作的壓力傳感器以其體積小、靈敏度高、抗電磁干擾、可遠距離信號傳輸等優點，具有很高的應用研究價值。影響光纖傳感器性能的因素主要在于靈敏度、是決定傳感器能否實用化的關鍵因素。

光纖FP干涉儀是一種重要的光纖傳感模型。其結構分為兩種，一種為本征式FP干涉型傳感器，另一種為非本征式FP干涉型傳感器。本征式FP干涉型傳感器的FP干涉腔體直接由光纖本身構成，利用對外界信息具有敏感能力的光纖作為傳感元件。而在非本征式FP干涉型傳感器中，光纖僅起到光傳輸介質的作用，對外界信息敏感的干涉腔體是通過其他功能元件來實現的。其中，膜片式非本征FP型(DEFPI)光纖傳感器能夠實現壓力參量的精確測量。由于其制作簡單、結構緊湊、響應速度快、靈敏度高且可調控等特點，在光纖壓力傳感器領域具有重要地位。在DEFPI型光纖傳感器中，平整的光纖端面與相隔一定距離的壓力敏感膜片內表面構成了低細度FP干涉儀。DEFPI型光纖傳感器通過膜片結構實現對壓力參量的敏感。在外界壓力的作用下，膜片產生彈性形變，導致光纖端面與壓力敏感膜片內表面間的距離變化即干涉儀的腔長發生變化。膜片的材料、徑向尺寸、厚度共同決定壓力靈敏度，通過改變這三個參量，可以實現不同靈敏度的壓力測量，適合易燃易爆、強電磁干擾等惡劣環境中的靜壓、聲波等物理量的測量。

傳統的DEFPI型光纖傳感器通常將光纖嵌套入內徑與光纖外徑相匹配的準直毛細管中，再將壓力敏感膜片固定在準直毛細管的另一端面上，平整的導入光纖端面與壓力敏感膜片內表面構成了低細度的FP干涉儀，如圖1所示。但此種結構的傳感器尺寸受毛細管尺寸的限制，一般直徑為數毫米，遠大于光纖直徑，體積較大，結構穩定性略低。本發明所涉及的是一種位于光纖尖端的微型壓力傳感器，其結構是將光纖和光纖等直徑的空心管狀結構熔接在一起，再將與光纖等直徑的壓力敏感膜片固定在空心管的另一端面上，如圖2所示。該傳感器由于體積微小，結構緊湊，所以對于膜片的對準固定操作要求極高，常規的膜片固定技術難以滿足該種傳感器的裝配要求。