[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

说明书

一种具有温度补偿功能的光纤式超高温压力传感器，包括传感器芯片，传感器芯片信号输出和耐高温光纤连接，传感器芯片安装在传感器探头内，耐高温光纤穿过封装板及光纤套管，光纤套管连接在封装板上，封装板和传感器探头连接实现传感器芯片、耐高温光纤的封装；所述的传感器芯片包括通过热压键合的方式结合在一起的压力敏感薄膜和传感器芯片基底，在传感器芯片基底的中央有一个圆形凹腔，压力敏感薄膜的前面通过毛化处理制作成非光洁表面，压力敏感薄膜的后面正对圆形凹腔的区域制作有一层光线反射薄膜；本发明能够耐受1000℃的环境温度并且具有温度补偿功能，有效消除由于环境温度变化对压力测量精度的影响，具有体积小、耐腐蚀和精度高的特点。

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，特别涉及一种具有温度补偿功能的光纤式超高温压力传感器。

背景技术

压力传感器是开展航空航天、海洋探测、石油化工等行业研究与应用所不可或缺的一种传感器。随着研究与应用的不断深入，具有耐受恶劣环境能力的特种压力传感器日益受到重视，例如抗高过载压力传感器、耐高温压力传感器、耐腐蚀压力传感器等。近年来，在航空航天以及石油化工等领域对耐高温压力传感器的需求日益迫切，高性能、微型化耐高温压力传感器成为当前国际研究的热点之一。

随着微加工技术的发展，国内外高校和企业不断开展基于半导体材料的耐高温压力传感器研究，分别研制了基于半导体多晶硅、单晶硅、绝缘体上硅、蓝宝石上硅、硅上金刚石薄膜等各类型材料的耐高温压力传感器，但是由于高温漏电、不同材料热应力不匹配、元素扩散、材料软化等原因导致所研制的各类压力传感器在高于600℃的环境中失效或损坏，难以满足在更高温度环境中的应用需求。为了满足深海钻探、燃烧稳定性监测等特殊环境中的压力测量，需要研究和开发能够耐受1000℃以上高温环境的高性能压力传感器。美国Virginia理工大学、英国Oxsensis公司等国外高校和企业纷纷开展耐更高温度的压力传感器研究，并分别研制了基于光学干涉原理的无源式耐高温压力传感器，其工作温度达到1000℃以上，但是相关产品售价昂贵，且高精尖技术对外封锁。国内电子科技大学、中北大学等高校近几年也开展了超高温压力传感器的研究，但是目前国内还没有形成成熟的产品。因此，研究和开发结构简单可靠、性能稳定的微型化超高温压力传感器具有重要的应用价值。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有温度补偿功能的光纤式超高温压力传感器，能够耐受1000℃的环境温度并且具有温度补偿功能，有效消除由于环境温度变化对压力测量精度的影响，具有体积小、耐腐蚀、抗干扰和精度高的特点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

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，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。