[发明专利]基于双折射晶体温度补偿的光纤压力传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤压力与温度传感器技术领域，特别是涉及一种具有温度补偿功能的光纤法珀压力传感器及其制作方法。

背景技术

高精度光纤法珀压力传感器在工程领域具有广泛的应用，作为光纤压力传感器的一种，具有抗电磁干扰，体积小、重量轻等优点。其测量原理基于压力调制法珀微腔输出光中光程差或光强，实现高精度压力传感与测量。而温度是影响法珀腔长的重要因素，没有温度补偿的光纤法珀压力传感器难以实现高精度压力传感与测量。

随着国内外研究人员对光纤法珀压力传感器结构的研究不断深入，采用薄膜感应压力的非本征光纤法珀压力传感器，具有高灵敏度、高稳定性的特点越来越多的得到关注。针对采用环氧树脂封装薄膜式非本征光纤法珀压力传感器稳定性受温度影响较大的问题，科研人员提出了采用激光熔接的无胶封装方法降低传感器的温度敏感性。如2005年Juncheng Xu等（A novel temperature-insensitive optical fiber pressure sensor for harsh environments，Photonics Technology Letters,IEEE17(4):870-872.）和2006年Juncheng Xu等（Miniature temperature-insensitive Fabry–Pérot fiber-optic pressure sensor，Photonics Technology Letters,IEEE18(10):1134-1136.）中，在玻璃毛细管一端刻蚀浅坑，采用激光熔接将硅片于浅坑顶端，切割的光纤端面伸入该毛细管中，利用光纤端面与硅片构成法珀传感器。

虽然上述的激光熔接的无胶封装方法能够降低温度影响，但为了得到更高传感精度，考虑在传感器的设计方面引入温度补偿。如2012年Wang,W等（Temperature self-compensation fiber-optic pressure sensor based on fiber Bragg grating and Fabry–Perot interference multiplexing,Optics Communications,2012,3466-3470.）和2012年Bae,H等（Miniature Temperature Compensated Fabry–Perot Pressure Sensors Created With Self-Aligned Polymer Photolithography Process，Sensors Journal,IEEE12(5):1566-1573.）中，采用光纤法珀和光纤光栅实现压力和温度的双参量测量，引入温度测量结果作为参考量，对压力测量结果进行进一步校正。但光纤法珀与光纤光栅解调原理不同，因而信号解调过程比较复杂。采用相同解调系统同时实现光纤法珀与光纤光栅双传感器高精度解调难度较大，而两者各自采用独立的解调系统，解调系统庞大，数据处理复杂，仪器成本较高，实践操作不便。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提出了基于双折射晶体温度补偿的光纤压力传感器及其制作方法，采用光纤法珀和双折射晶体同时分别实现压力和温度的双参量测量。引入温度测量结果作为参考量，对压力测量结果进行进一步校正，实现高精度的基于双折射晶体温度补偿的光纤法珀压力传感器设计与制作。

本发明提出了

一种基于双折射晶体温度补偿的光纤压力传感器，利用压力和温度双参量实现传感，该传感器装置包括法珀压力传感头芯片30、双折射晶体4、自聚焦透镜7、玻璃毛细管9、石英玻璃管6和多模光纤10，所述法珀压力传感头芯片30包括Pyrex玻璃基板2和单晶硅片1，Pyrex玻璃基板2表面加工浅坑，并与单晶硅片1构成法珀微腔11，其中浅坑底部12作为法珀微腔11第一个反射面，单晶硅片1内表面13作为法珀微腔11第二个反射面，浅坑深度即为法珀微腔的腔长，单晶硅片1为压力敏感元件；所述双折射晶体4紧贴法珀压力传感头芯片30后端，两者之间的距离小于1mm，同时两者处于相同的温度条件下，所述双折射晶体4另一端镀线偏振膜5，线偏振膜5的透光轴方向与双折射晶体4的光轴方向成45°，法珀压力传感头芯片30、双折射晶体4和石英玻璃管6封装固定；