[实用新型]光纤F-P腔应力释放压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种广泛应用于不同领域的应力、应变、压力、温度等物理量测量的F-P腔压力传感器，特别是涉及一种带有应力释放结构的光纤F-P腔压力传感器。

背景技术

光纤F-P腔压力传感器的敏感部件是光纤F-P腔，当光进入光纤F-P腔后，将会在两反射端面间多次反射，形成多光束干涉光谱。当在进行压力测试时，外界压力的变化引起光纤F-P腔长的变化，从而引起多光束干涉光谱变化，利用外部解调设备可以计算出压力值。光纤F-P腔压力传感器是伴随着光纤通讯技术的发展而发展起来的，由于其具有信号不受电磁场干扰、绝缘性高、防爆性好，结构简单，体积小，高可靠性，高灵敏度，响应时间短等诸多优点，目前在民用和军事领域都有着越来越广泛的应用前景。例如，在医学领域，利用光纤压力传感器进行颅压、胸压、腹压等的测量可以最大限度地减小患者手术的风险；而在进行断层扫描（CT）及核磁共振（NMR）时，它依旧可以准确地测量病患部位的压力，突出了其抗电磁干扰的特性。

国内外诸多科研机构，例如:南京师范大学、美国的弗吉尼亚理工学院、斯坦福大学;英国赫瑞瓦特大学;斯洛文尼亚的马里博尔大学等都在做光纤F-P腔压力传感器研究工作。根据传感器材料、制作方法等的不同，光纤F-P腔压力传感器可分为全光纤结构和MEMS膜片式。

全光纤结构F-P腔压力传感器的基本结构是将两根光纤的端面作为反射面，使两光纤端面严格平行、同轴，与中空光纤形成一个腔体。当腔体一定时，其变形量与所受的压强成正比，而腔体长度的变化影响到光纤内入射光与反射光的光程差。由于全光纤结构F-P光纤压力传感器的主体部分全部采用光纤材料，因此其主要特点是具有很好的热稳定性能。但目前能够在光纤端面制作技术仍存在工艺复杂、材料温度和力学特性差等诸多缺陷，所以全光纤结构F-P腔压力传感器不适合批量化生产，限制了其应用。

上世纪七八十年代国外已经提出基于膜片设计F-P压力传感器结构，光学反射平面采用的是对压力敏感的膜片，当膜片随着压力的变化产生位移,F-P腔的腔长也随之发生变化。随着技术的不断成熟，光纤F-P压力传感器出现很多种不同结构,其中光纤MEMS压力传感器传感器是其中一个重要的部分。进入21世纪以来，微电子机械系统(MEMS)技术在光领域中的应用非常引人注目，将光纤传感技术和MEMS技术相结合制作新型光纤MEMS传感器已经成为光纤传感器制作领域的新热点。MEMS技术的引入，使得F-P压力传感器的可靠性、抗电磁干扰以及抗腐蚀性都有提高，而且F-P腔MEMS光纤压力传感器还具有尺寸小、准确度高、动态范围大等诸多优点，同时，由于MEMS器件适合于大规模集成化生产，一旦技术成熟，产品定型，可以大大降低传感器的成本。随着MEMS技术的不断成熟完善，国外多家高校及研究机构都进行了F-P光纤MEMS压力传感器的研究工作，并且出现了不同结构的F-P光纤MEMS压力传感器。其中一部分传感器的压力敏感膜是运用体硅工艺和表面牺牲层工艺制作的，还有一部分的传感器是利用光纤腐蚀熔接工艺制作的。

但是，目前光纤MEMS压力传感器传感器还存在着难点问题，如中国专利公开号CN103644987A,CN103698080A)所述，硅材料的感压膜片与玻璃凹槽是通过阳极键合的方式连接而成，但是这种结构存在着两个方面的问题：

1、感压膜片与玻璃凹槽所属不同材料，由于它们热膨胀系数的差异，使得感压膜片与玻璃凹槽键合处存在着较大的应力，从而使得光纤F-P腔压力传感器温漂系数大，线性度差；

2、由感压膜片与玻璃凹槽键合处的热应力失配，使感压膜片随温度变化，产生附加形变，从而光纤F-P腔压力传感器重复性下降，时漂增加，进一步降低F-P压力传感器的精度。

目前困扰光纤F-P压力传感器综合性能的难点问题，是由于温度效应使光纤F-P腔压力传感器内部产生附加应力，导致传感器精度和可靠性下降。

发明内容

为解决困扰光纤F-P压力传感器综合性能的难点问题，本发明的目的提供一种力学特性好，灵敏度高，精度高，同时具有高可靠性，线性度好的，一种带有应力释放结构的光纤F-P腔压力传感器。