[发明专利]一种具有温度补偿功能的光纤式超高温压力传感器

权利要求书

1.一种具有温度补偿功能的光纤式超高温压力传感器(1)，包括传感器芯片(3)，其特征在于：传感器芯片(3)信号输出和耐高温光纤(4)连接，传感器芯片(3)安装在传感器探头(2)内，耐高温光纤(4)穿过封装板(5)及光纤套管(6)，光纤套管(6)连接在封装板(5)上，封装板(5)和传感器探头(2)连接实现传感器芯片(3)、耐高温光纤(4)的封装；

所述的传感器探头(2)呈圆柱形，传感器探头(2)的前端面和内部分别有引压孔(7)和传感器芯片安装槽(8)，传感器探头(2)的前端面和侧面连接处设有倒圆角结构(9)，传感器探头(2)选择具有耐高温特性的AlN陶瓷烧结而成；

所述的封装板(5)的前端面涂敷有一层耐高温陶瓷胶(10)，其后端面与侧面设有倒圆角结构(9)，封装板(5)的中心有一个通孔(11)用于安装光纤套管(6)，封装板(5)和光纤套管(6)均采用AlN陶瓷烧结而成；

所述的具有温度补偿功能的光纤式超高温压力传感器分别设置有长度为L1的第一珐珀腔和长度为L2的第二珐珀腔，其中第一珐珀腔为真空结构，第二珐珀腔为传感器芯片基底材料，入射光束经过光纤射入传感器芯片(3)后会在第二珐珀腔、第一珐珀腔的表面发生反射和折射，这些反射或折射光具有相同的频率并发生多光束干涉，相邻的反射或折射光之间具有稳定的光程差和相位差，其光程差和相位差与珐珀腔长度呈线性关系；当外界压力P作用于压力敏感薄膜(12)上，压力敏感薄膜(12)会发生弯曲变形导致第一珐珀腔长度L1发生变化，继而影响第一珐珀腔内多光束干涉的结果；解调经过多光束干涉并反射回耐高温光纤(4)的光信号，得到第一珐珀腔长度L1变化的信息，继而得到外界压力P的信息由于传感器芯片(3)处于超高温环境中，压力敏感薄膜(12)在受热情况下会发生线性热膨胀，造成第一珐珀腔长度L1发生变化，因此实际情况中解调反射光信号得到的第一珐珀腔长度L1变化的信息里包含了由热膨胀原因引起的珐珀腔长度变化的那一部分，通过解调反射光获得影响第二珐珀腔长度L2的温度信息，据此对第一珐珀腔解调后的信号进行温度补偿计算，最终获得真实的外界压力值P。

2.根据权利要求1所述的一种具有温度补偿功能的光纤式超高温压力传感器(1)，其特征在于：所述的传感器芯片(3)包括通过热压键合的方式结合在一起的压力敏感薄膜(12)和传感器芯片基底(13)，在传感器芯片基底(13)的中央有一个圆形凹腔(14)，压力敏感薄膜(12)的前面通过毛化处理制作成非光洁表面(16)，压力敏感薄膜(12)的后面正对圆形凹腔(14)的区域制作有一层光线反射薄膜(15)；所述的非光洁表面(16)采用湿法腐蚀或者激光加工的方法制作，圆形凹腔(14)采用干法刻蚀或机械加工的方法制作，光线反射薄膜(15)的材料选择二氧化硅、石墨烯等具有高反射率的材料并通过气相沉积的方法进行加工。

3.根据权利要求1所述的一种具有温度补偿功能的光纤式超高温压力传感器，其特征在于：所述的传感器芯片(3)通过耐高温陶瓷胶(10)安装在传感器探头(2)内部的芯片安装槽(8)中，外界压力P通过引压孔(7)作用在压力敏感薄膜(12)的非光洁表面(16)上，耐高温光纤(4)安装在光纤套管(6)中，并且耐高温光纤(4)和光纤套管(6)与压力传感器芯片基底(13)紧密相连，光纤套管(6)穿过封装板(5)，封装板(5)与传感器探头(2)之间通过耐高温陶瓷胶(10)实现密封粘结。

4.根据权利要求1所述的一种具有温度补偿功能的光纤式超高温压力传感器，其特征在于：所述的耐高温光纤(4)选择蓝宝石光纤。