[发明专利]具有光纤光栅温度补偿的光纤法珀压力传感器及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤压力传感器技术领域，特别是涉及一种光纤法珀压力传感器及其制作方法。

背景技术

随着光纤传感器技术的发展，高精度光纤压力传感器的研究越来越深入。光纤压力传感器作为一种新型的传感器，具有电无源、不受电磁干扰，体积小、重量轻的优点。利用压力调制光纤中传输光的强度、相位、波长、偏振态等，并通过对这些变化的监测实现对压力的测量。光纤法珀压力传感器是光纤压力传感器中的一种，它通常由光纤端面和膜片端面构成法珀微谐振腔，当压力作用在膜片上将使膜片变形，而使得法珀腔长发生变化，实现传感。

近年来，在光纤法珀压力传感器研究方面，国内外研究人员对于制作法珀腔结构提出了多种方案，主要有光纤端面直接刻蚀微腔、采用毛细管封装微腔和基片蚀刻微腔等，如2001年Don C.Abeysinghe等（Don C.Abeysinghe，Samhita Dasgupta，Joseph T.Boyd，Howard E.Jackson，A Novel MEMS pressure sensor fabricated on an optical fiber,IEEE Photonics Technology Letters,2001,139:993-995）在包层直径分别为200μm和400μm，芯径为190μm和360μm的多模光纤端面刻蚀出微腔，然后在该端面键合上硅片构成传感器；2005年Juncheng Xu等（Juncheng Xu,Xingwei Wang,Kristie L.Cooper,Anbo Wang,Miniature all-silica fiber optic pressure and acoustic sensors,Optics Letters,2005,30（24）:3269-3271）利用氢氟酸蚀刻大芯径的石英光纤获得石英膜片，石英膜片熔接于毛细管端面处，切割的单模光纤端面伸入到该毛细管中就与石英膜片构成了光纤法珀压力传感器；2006年Yizheng Zhu等（Yizheng Zhu，Kristie L.Cooper，GaryR.Pickrell,et.al.,High-Tempreture Fiber-Tip Pressure Sensor,Journal of Lightwave Technology，2006,24（2）:861-869.）研究了适用于高温环境下的光纤压力传感器，其利用50%HF腐蚀芯层掺杂Ge而包层未掺杂的62.5/125μm多模光纤端面，而后再与105/125μm多模光纤熔接，形成法珀微腔；2008年，Hae Young Choi等（Hae Young Choi,Kwan Seob Park,Seong Jun Park et.al.,Miniature fiber-optic high temperature sensor based on a hybrid structured Fabry-Perot interferometer,Optics Letters,2008,33（21）:2455-2457.）利用光子晶体光纤、中空光纤和多模光纤熔接构成法珀微腔传感器进行传感，并利用光谱法实现解调。

以上的传感器中都没有温度补偿的相关设计，因此，在传感器实际测量过程中，由于传感器组成材料热胀冷缩效应影响，导致法珀腔腔长的微小改变。同时温度对传感器敏感元件（弹性膜片）的弹性模量、泊松比等参数的影响，也将导致传感器压力响应特性的变化。因此，不能达到高精度的传感器设备要求。

发明内容

基于上述现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种具有温度补偿的光纤法珀压力传感器及其制作方法，在光纤法珀压力传感器中加入温度传感元件，根据检测光纤法珀压力传感器的温度特性，并采取温度补偿措施，进行不同温度环境的压力测量与补偿，实现高精度的光纤法珀压力传感器。

本发明提出了一种具有温度补偿的光纤法珀压力传感器，包括双芯玻璃传感器体9和多模光纤8，其特征在于，该装置还包括法珀微腔、温度传感元件FBG 7，法珀微腔位于传感器的前端，双芯玻璃传感器体9中设置有圆形通孔，将多模光纤8和温度传感元件FBG 7以贯穿形式设置于该圆形通孔，并封装在双芯玻璃传感器体后端，所述温度传感元件FBG 7上靠近法珀微腔的一段具有FBG栅区6。

所述双芯玻璃传感器体9采用同孔双芯传感器体。

所述同孔双芯传感器体，采用以下两种结构：