[发明专利]一种基于高纯石英压力敏感元的光纤传感器及其制备方法

说明书

本发明公开一种基于高纯石英压力敏感元的光纤传感器及其制备方法，包括光纤、石英套管、高纯石英压力敏感元；石英套管内设有通孔，所述通孔内插入所述光纤；石英压力敏感元与石英套管连接。本发明能够适用于除氢氟酸和150℃以上的热磷酸以外的耐腐蚀等恶劣环境，因生物组织对石英材料不排斥所以也适用于颅内压的监测等应用；并通过激光热熔的方式免胶固定，能够提高稳定、可靠性和适用范围；石英压力敏感元的厚度由光学冷加工工艺控制，无需化学腐蚀等工艺，提高光纤传感头的稳定性、可靠性和寿命；本发明制作过程简单、快捷，传感器安全可靠、稳定性好，结合传统的光学冷加工工艺能够实现极小厚度的石英压力敏感元热熔。

技术领域

本发明涉及光纤技术、法布里-珀罗干涉和高纯石英的激光热熔交叉领域，特别是涉及一种基于高纯石英压力敏感元的光纤传感器及其制备方法。

背景技术

光纤传感器具有电绝缘、抗电磁干扰、灵敏度高、耐高温耐腐蚀、传感器端无源因而本质安全，无需信号转换和放大器即可远距离传输，以及体积小、重量轻，因而在通信、土木工程、石油化工、航空航天等领域都有广泛的应用前景，法布里-珀罗光纤干涉中低压传感器因为压力敏感元可以感知非常微小的压力，因而在中低压应用场合具有巨大潜力。近年来，随着这种光纤低压传感器的深入研究和应用，寻找制作简单、快捷、安全可靠、稳定性好以及满足各种恶劣环境下使用的光纤低压传感器成为人们的一个关注点。

法布里-珀罗光纤干涉中低压传感器，利用粘结剂或者某种化学材料自身的粘性是构筑和固定传感器压力敏感元的常用方法，在毛细管的锥形口端面固定硅片或者某种化学材料的压力敏感元等等，但是存在以下缺点：(1)采用环氧树脂等粘结剂固定以后，粘结剂的热膨胀系数会影响光纤传感器的温度性能，并且不能在高温下使用，无法满足恶劣环境下使用光纤传感器的要求，发挥不了光纤传感器的优势；(2)利用某种化学材料自身的粘性将压力敏感元固定在毛细管的端面时，传感器受到超声波或其他强烈震动信号的作用以后压力敏感元容易从端面脱落，从而使得光纤传感器完全失效，同时也不能满足高温的恶劣环境使用；(3)如果是石英压力敏感元，目前常用的方式也是胶粘固定压力敏感元，但是粘结剂容易老化并且粘结剂的热膨胀系数比石英的大得多所以导致传感器的工作点漂移等性能恶化或者失效，同时粘结剂也不能承受高温环境下的使用，也易受恶劣环境下的腐蚀导致压力敏感元松动或脱落，也因生物组织对石英材料不排斥所以适用于颅内压的监测等应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于高纯石英压力敏感元的光纤传感器及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，制作过程简单、快捷，传感器安全可靠、稳定性好，结合传统的光学冷加工工艺能够实现极小厚度的石英压力敏感元热熔，适用于氢氟酸和150℃以上的热磷酸之外的各种恶劣环境，也因生物组织对石英材料不排斥所以适用于颅内压的监测等应用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种基于高纯石英压力敏感元的光纤传感器，包括光纤、石英套管、高纯石英压力敏感元；

所述石英套管内设有通孔，所述通孔内插入所述光纤；所述石英压力敏感元与所述石英套管连接。

优选地，所述石英套管内设有梯形凹坑的通孔；

优选地，所述石英压力敏感元与所述石英套管通过激光热熔的方式免胶固定。

优选地，所述石英压力敏感元与所述石英套管在通过激光热熔的方式免胶固定之前，需要通过光胶的方法把所述石英压力敏感元暂时固定在所述石英套管端面。

优选地，所述光纤的端面与所述石英压力敏感元内表面形成法布里-珀罗腔。

优选地，所述石英的压力敏感元厚度由光学冷加工工艺控制。

一种基于高纯石英压力敏感元的光纤传感器制备方法，包括以下步骤：