專利名稱：一種光纖法布里-珀羅壓力傳感器及其制作方法
一種光纖法布里-珀羅壓力傳感器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 光纖壓力傳感器領(lǐng)域，該傳感器可以用于檢測(cè)液體、氣體的相對(duì)壓力 和絕對(duì)壓力，也可用于聲波，超聲波信號(hào)等的探測(cè)。
背景技術(shù)：
光纖法布里-珀羅壓力傳感器是光纖壓力傳感器中的一種，它通常由光纖端面和 膜片端面構(gòu)成法布里_珀羅微諧振腔，當(dāng)壓力作用在膜片上將使膜片變形，而使得法珀腔 長(zhǎng)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)傳感。近年來(lái)提出了一些設(shè)計(jì)方案，如2001年Don C. Abeysinghe 等(DonC. Abeysinghe, Samhita Dasgupta, Joseph Τ. Boyd, Howard Ε. Jackson, A Novel MEMSpressure sensor fabricated on an optical fiber, IEEE Photonics Technology Letters, 2001,13(9) 993-995)在包層直徑分別為200微米和400微米，芯徑為190微米 和360微米的多模光纖端面刻蝕出微腔，然后在該端面鍵合上硅片構(gòu)成傳感器；2005年 Juncheng Xu 等(Juncheng Xu, Xingwei Wang, Kristie L Cooper，Anbo Wang, Miniature all-silicafiber optic pressure and acoustic sensors, Optics Letters,2005, 30(24) 3269-3271)利用氫氟酸蝕刻大芯徑的石英光纖獲得石英膜片，石英膜片熔接于毛 細(xì)管端面處，切割的單模光纖端面伸入到該毛細(xì)管中就與石英膜片構(gòu)成了光纖法布里-珀 羅壓力傳感器；2006年Xiaodong Wang等(Xiaodong Wang,Baoqing Li,Onofrio L. Russo, et. al.，Diaphragm design guidelines and an optical pressure sensor based on MEMStechnique, Journal of microelectronics, 2006, 37 50-56)在 500 微米厚的 Pyrex 玻璃微加工出微腔體，然后硅片鍵合在Pyrex玻璃上，并和伸入腔體的光纖端面構(gòu)成了光 纖法布里_珀羅腔；2006年王鳴等(王鳴，陳緒興，葛益嫻等，法布里-珀羅型光纖壓力傳 感器及其制作方法，專利申請(qǐng)?zhí)?200610096596. 5)利用單晶硅片，玻璃圓管，光纖法蘭盤 和光纖插頭構(gòu)建了光纖法布里-珀羅腔。但是作為壓力膜片的硅片變形過大時(shí)，硅片將不 能保持平面，而造成較大的光能損失，影響到法布里-珀羅腔的性能；同時(shí)由于制作壓力傳 感器的材料所限，環(huán)境溫度對(duì)傳感器穩(wěn)定性影響很大。因此在實(shí)際使用時(shí)，法布里_珀羅腔 限制在較小范圍，硅片變形往往不允許過大，例如不能大于厚度的25%。為了提高測(cè)量滿 量程的測(cè)量精度、改善傳感器應(yīng)用限制，我們需要在同樣的壓力范圍下，膜片變形范圍比較 大，這就使得膜片非平面變形問題必須考慮和克服；并且，為盡量減小其受應(yīng)用環(huán)境溫度的 影響，則應(yīng)采用其他方式連接傳感器各部件。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述一系列問題，提供一種新型結(jié)構(gòu)的光纖 法布里_珀羅壓力傳感器及其制作方法。本發(fā)明是在對(duì)傳統(tǒng)的光纖法布里_珀羅傳感器存 在問題的分析與研究的基礎(chǔ)上提出的，該傳感器結(jié)構(gòu)可以避免傳統(tǒng)光纖法布里-珀羅傳感 器膜片變形不能過大的缺陷，可得到更高的測(cè)量精度。本發(fā)明中的光纖法布里_珀羅壓力傳感器包括
傳感器體光纖法布里_珀羅壓力傳感器體是傳感器的支撐結(jié)構(gòu)和光纖滑動(dòng)時(shí)的 引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其形狀為圓柱形或是長(zhǎng)方體形，傳感器體的中間開有一個(gè)通孔，通孔的一端開有 一個(gè)凹坑；制作材料可以是Pyrex玻璃或熔融石英材料；彈性膜片用來(lái)感受壓力的變化，放置于傳感器體的凹坑中并固定；膜片的材料 可以是單晶硅片，石英薄片，聚合物薄片或金屬膜片。傳感光纖傳感光纖的一端為法布里_珀羅腔所需的反射面，另一端為球形，該傳 感光纖放置于傳感器體中間的通孔內(nèi)，球形一端與彈性膜片緊密接觸；傳輸光纖該光纖放置于傳感器體中間通孔內(nèi)的另一端，用來(lái)提供法布里_珀羅 腔所需的另一反射面，與傳感光纖的光纖端面不接觸以構(gòu)成法布里-珀羅腔；傳感光纖與傳輸光纖可以是單模光纖，也可以是多模光纖。光纖端面可以是切割 后直接使用，也可以鍍上反射膜。微型彈簧放置于傳感光纖與傳輸光纖之間，用來(lái)提供彈性回復(fù)力使傳感光纖與 彈性膜片始終保持緊密接觸，材料可以是聚合物或是金屬，形狀可以是螺旋形或是管狀。對(duì)于尺寸稍大(螺旋形彈簧外徑大于通孔)的微型彈簧，本發(fā)明傳感器體可以由 相互固定在一起的兩部分構(gòu)成，兩部分銜接處的孔中用于放置微型彈簧，該處的孔徑大于 通孔的孔徑。本發(fā)明提供的光纖法布里-珀羅壓力傳感器的制作方法，法包括第1、彈性膜片制作利用激光切割出所需大小的硅膜片，并用激光在硅膜片兩面 制作微小條紋，以破壞掉該面的反射，膜片厚度為10 μ m 300 μ m ；第2、傳感光纖的制作利用光纖切割刀切割光纖獲得好的光纖端面，然后用筆式 切割刀在顯微鏡下切取光纖至所需長(zhǎng)度(約1 3mm)，對(duì)傳感光纖的非反射端加熱熔化并 利用表面張力形成球形；第3、微型彈簧的制作1)管狀微型彈簧的制作將一小滴聚合物注入內(nèi)經(jīng)為126μπι的玻璃管內(nèi)，通過高 速離心旋轉(zhuǎn)方法，在玻璃管內(nèi)形成厚度為5 10 μ m的均勻薄膜，固化后并從玻璃管內(nèi)取下 即制作成彈性軟管，其長(zhǎng)度為20 400 μ m ；2)螺旋形微型彈簧的制作用直徑為25 35 μ m的金屬?gòu)椈山z，制成彈簧外徑約 126 μ m,長(zhǎng)度為400 μ m的螺旋形金屬微型彈簧；第4、傳感器體的制作利用Pyrex玻璃或熔融石英材料制作傳感器體，首先將傳 感器體制成外徑為Imm 5mm，長(zhǎng)度為5 15mm的圓柱體形或長(zhǎng)方體形，在傳感器體中部 鉆出直徑為127 μ m的通孔，隨后進(jìn)一步將端面加工平整，在傳感器體一頭加工出深度約為 500 μ m,直徑為0. 6 4. 5mm的凹坑，作為壓力膜片的受力支撐；第5、將帶有球形尾端的傳感光纖從帶有凹坑的傳感器體的一頭插入通孔中，球 形尾端朝外，之后將第1步制成的彈性膜片采用陽(yáng)極鍵合的方式固定在傳感器體的凹坑 上；然后在傳感器體的另一頭放入微型彈簧，再插入另一根傳輸光纖，兩段光纖的光纖端面 不接觸以構(gòu)成法布里_珀羅腔，利用光譜儀或低相干干涉儀實(shí)時(shí)控制該傳輸光纖的插入深 度，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)計(jì)位置，即該傳輸光纖將微型彈簧壓緊，微型彈簧在彈性膜片變形的范圍內(nèi)均 能令傳感光纖的球形尾端與彈性膜片緊密接觸，利用環(huán)氧 樹脂膠將傳輸光纖固定，在電熱 箱中60°C的溫度下固化一小時(shí)，或常溫下固化24小時(shí)，即制作完成傳感器。
本發(fā)明同時(shí)提供了一種適用于尺寸稍大(螺旋形彈簧外徑大于通孔)的微型彈簧 的光纖法布里_珀羅壓力傳感器的制作方法，具體包括第1、彈性膜片制作利用激光切割出所需大小的硅膜片，并用激光在硅膜片兩面 制作微小條紋，以破壞掉該面的反射，膜片厚度為10 μ m 300 μ m ；
第2、傳感光纖的制作利用光纖切割刀切割光纖獲得好的光纖端面，然后用筆式 切割刀在顯微鏡下切取光纖至所需長(zhǎng)度，對(duì)傳感光纖的非反射端加熱熔化并利用表面張力 形成球形；第3、大尺寸螺旋形微型彈簧的制作用直徑為35 40 μ m的金屬?gòu)椈山z，制成彈 簧外徑約150 μ m，長(zhǎng)度為500 μ m的大尺寸螺旋形金屬微型彈簧；第4、傳感器體的制作利用Pyrex玻璃或熔融石英材料制作傳感器體，此時(shí)傳感 器體分成兩部分制作，第一部分長(zhǎng)度3 9mm，先在傳感器體中部鉆出直徑為127 μ m的通 孔，并將端面加工平整，在傳感器體一頭加工出深度為500 μ m,直徑為0. 6 4. 5mm的凹坑， 作為彈性膜片的受力支撐，另一頭加工出深度為480 μ m,直徑為155 μ m的沉孔；第二部分 長(zhǎng)度2 6mm，也在傳感器體中部鉆出直徑為127 μ m的通孔；第5、傳感器的組裝將帶有球形尾端的傳感光纖從傳感器體第一部分帶有直徑 為0. 6 4. 5mm的凹坑的傳感器體的一頭插入傳感器體的通孔中，球形尾端朝外，之后將彈 性膜片采用陽(yáng)極鍵合的方式固定在傳感器體的凹坑上，再將第3步制作的微型彈簧插入另 一頭沉孔中，將裝好的第一部分和第二部分傳感器體熔接在一起；然后將另一根傳輸光纖 插入傳感器體第二部分的通孔中，兩段光纖的光纖端面不接觸以構(gòu)成法布里_珀羅腔，當(dāng) 到達(dá)設(shè)計(jì)位置即傳輸光纖與微型彈簧緊密接觸時(shí)，利用環(huán)氧樹脂膠將傳輸光纖固定，在電 熱箱中60°C的溫度下固化一小時(shí)，或常溫下固化24小時(shí)，即制作完成傳感器。光纖法布里_珀羅壓力傳感器的工作過程如下當(dāng)壓力作用時(shí)，彈性膜片(如硅片)發(fā)生變形，彈性膜片將帶動(dòng)頂在其上的傳感光 纖在傳感器體通孔中滑動(dòng)，從而改變了與固定的傳輸光纖端面的距離，即法布里-珀羅腔 的腔長(zhǎng)。當(dāng)接入寬帶光源后，通過對(duì)通過光纖法布里-珀羅壓力傳感器的光譜掃描或者低 相干干涉條紋的提取，可提取出腔長(zhǎng)變化，從而獲取壓力信息。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1.提出的光纖法布里_珀羅傳感器允許彈性膜片具有較大的變形而不影響法布 里-珀羅腔的性能。對(duì)于傳統(tǒng)的法布里-珀羅腔，當(dāng)彈性膜片感受到的壓力變化不均勻或變 形較大時(shí)，膜片的變形就會(huì)破壞平面法布里-珀羅腔，從而影響傳感精度。本發(fā)明中彈性膜 片不起反射面作用，反射面由與之相接在一起的一小段光纖提供，因此在整個(gè)的膜片彈性 變形過程中，光纖法布里_珀羅腔的兩個(gè)反射面始終保持平行，大大減小了由于法布里_珀 羅腔性能下降引起的測(cè)量誤差。2.彈性膜片與小段光纖采用平面一球形的點(diǎn)接觸模式，使得膜片變形不規(guī)則時(shí)仍 能保證膜片與小段光纖緊密接觸和光纖平滑移動(dòng)，也避免了將小段光纖粘貼于膜片時(shí)因膜 片變形不規(guī)則造成兩者粘連處斷裂的危險(xiǎn)。3.本發(fā)明結(jié)構(gòu)小巧靈活，傳感器外部直徑尺寸可小至1mm，而且由于光纖法布 里_珀羅腔的兩個(gè)反射面始終保持平行，在不鍍反射膜的情況下，允許的法布里_珀羅腔也 可長(zhǎng)達(dá)550 μ m,這就使得傳感器制作容易。
圖1是本發(fā)明中第一種光纖法布里_珀羅壓力傳感器示意圖；圖2是本發(fā)明中第二種光纖法布里_珀羅壓力傳感器示意圖；圖3是本發(fā)明中第二種光纖法布里_珀羅壓力傳感器的另一種實(shí)現(xiàn)方法示意圖；圖4是光纖法布里_珀羅壓力傳感器的光譜解調(diào)系統(tǒng)示意；圖5是獲取的傳感器反射譜圖。
具體實(shí)施方式實(shí)施例1 第一種光纖法布里_珀羅壓力傳感器的
具體實(shí)施例方式如圖1所示，該光纖法布里_珀羅壓力傳感器由彈性膜片1，傳感器體6，帶尾端 10的傳感光纖2，傳輸光纖7和管狀微型彈簧(彈性軟管)4組成。彈性膜片1采用單晶硅 片由激光加工而成，傳感光纖2采用單模光纖切割而成，尾端11為球形。傳感器體6采用 Pyrex玻璃加工，在其上鉆出通孔8后，在圖中傳感器體6左側(cè)加工出凹坑9，作為彈性膜片 1的支撐。將帶有球形尾端10的傳感光纖2從通孔8中插入，然后將彈性膜片1用陽(yáng)極鍵 合的方式固定在傳感器體6上。彈性軟管4由傳感器體6的通孔8插入，之后再插入傳輸 光纖7到設(shè)計(jì)位置后利用環(huán)氧樹脂膠固定，傳感光纖2的端面3與傳輸光纖7的端面5構(gòu) 成法布里-珀羅腔。傳輸光纖7用于信號(hào)光的輸入輸出。當(dāng)壓力作用彈性膜片1時(shí)，彈性 膜片1發(fā)生變形，帶動(dòng)有尾端10的傳感光纖2在傳感器體6的通孔8中滑動(dòng)，從而改變傳 感光纖2的端面3與傳輸光纖7的端面5之間的距離，即法布里-珀羅腔腔長(zhǎng)。從而將壓 力信息轉(zhuǎn)化為腔長(zhǎng)傳感信息。本發(fā)明的光纖法布里_珀羅壓力傳感器中1.彈性膜片也可以采用石英薄片，聚合物薄片，或金屬膜片；2.傳感器體也可以采用熔融石英材料；3.光纖也可以采用標(biāo)準(zhǔn)多模光纖，或其它大芯徑光纖。實(shí)施例2 第二種光纖法布里_珀羅壓力傳感器的
具體實(shí)施例方式如圖2所示，傳感器由彈性膜片1，傳感器體6，帶尾端10的傳感光纖2，傳輸光纖7和微型彈簧11組成。彈性膜片1采用單晶硅片由激光加工而成，傳感光纖2采用單模光 纖切割而成，尾端10為球形。傳感器體6采用Pyrex玻璃加工，在其上鉆出通孔8后，在圖 中傳感器體6左側(cè)加工出凹坑9，作為彈性膜片1的支撐。傳感光纖2由傳感器體6的左 側(cè)插入到通孔8中，然后將彈性膜片1用陽(yáng)極鍵合的方式固定在傳感器體6上。從傳感器 通孔8另一端放入微型金屬?gòu)椈?1，再放入傳輸光纖7，傳感光纖2的端面3與傳輸光纖7 的端面5構(gòu)成法布里-珀羅腔，傳輸光纖7用于信號(hào)光的輸入輸出。當(dāng)壓力作用彈性膜片1 時(shí)，彈性膜片1發(fā)生變形，帶動(dòng)傳感光纖2在傳感器體6的通孔8中滑動(dòng)，從而改變傳感光 纖2的端面3與傳輸光纖7的端面5之間的距離，即法布里-珀羅腔腔長(zhǎng)。從而將壓力信 息轉(zhuǎn)化為腔長(zhǎng)傳感信息。本發(fā)明的光纖法布里_珀羅壓力傳感器中1.彈性膜片也可以采用石英薄片，聚合物薄片，或金屬膜片；2.傳感器體也可以采用熔融石英材料；
3.光纖也可以采用標(biāo)準(zhǔn)多模光纖，或其它大芯徑光纖；4.微型彈簧也可以采用聚合物材料。實(shí)施例3 針對(duì)實(shí)例2的一種光纖法布里_珀羅壓力傳感器的替代實(shí)施方式如圖3所示，傳感器由彈性膜片1，傳感器體第一部分18，傳感器體第二部分12，帶尾端10的傳感光纖2，傳輸光纖7和微型彈簧15組成。彈性膜片1采用單晶硅片由激 光加工而成，傳感光纖2采用單模光纖切割而成，尾端10為球形。傳感器體第一部分18和 第二部分12采用Pyrex玻璃加工，在玻璃柱第一部分18中部鉆出通孔17，一頭加工出凹坑 9，作為壓力膜片的受力支撐，另一頭加工出沉孔16，在傳感器體第二部分12玻璃柱中部鉆 出通孔13，組裝傳感器時(shí)，將帶有球形尾端10的傳感光纖2從通孔17中插入，球形尾端10 朝外，之后將彈性膜片1采用陽(yáng)極鍵合的方式固定在第一部分18的凹坑10上，再將選用的 金屬微型彈簧15插入沉孔16中，然后將裝好的第一部分18和第二部分12在平面14處熔 接在一起，組成完整的傳感器體。從通孔13放入傳輸光纖7，傳感光纖2的端面3與傳輸 光纖7的端面5構(gòu)成法布里-珀羅腔，傳輸光纖7用于信號(hào)光的輸入輸出。當(dāng)壓力作用彈 性膜片1時(shí)，彈性膜片1發(fā)生變形，帶動(dòng)傳感光纖2在傳感器體第一部分18的通孔17中滑 動(dòng)，從而改變傳感光纖2的端面3與傳輸光纖7的端面5之間的距離，即法布里-珀羅腔腔 長(zhǎng)。從而將壓力信息轉(zhuǎn)化為腔長(zhǎng)傳感信息。本發(fā)明的光纖法布里_珀羅壓力傳感器中1.彈性膜片也可以采用石英薄片，聚合物薄片，或金屬膜片；2.傳感器體也可以采用熔融石英材料；3.光纖也可以采用標(biāo)準(zhǔn)多模光纖，或其它大芯徑光纖；4.微型彈簧也可以采用聚合物材料。實(shí)施例4 光纖法布里_珀羅壓力傳感器的腔長(zhǎng)解調(diào)光纖法布里_珀羅壓力傳感器的傳感系統(tǒng)如圖4所示，腔長(zhǎng)解調(diào)寬帶光源19發(fā)出 的光通過環(huán)行器22進(jìn)入傳感器21，經(jīng)過傳感器的法布里-珀羅腔之后，再經(jīng)環(huán)行器22進(jìn)入 光譜儀20。通過光譜儀掃描得到傳感器返回的光譜，通過求取光譜的峰值位置，即可獲得光 纖法布里_珀羅壓力傳感器的腔長(zhǎng)信息，進(jìn)而可轉(zhuǎn)化為壓力信息。圖5是采用厚為30 μ m 硅膜片和單模光纖的光纖法布里-珀羅壓力傳感器經(jīng)過光譜儀測(cè)取的光譜。
權(quán)利要求
一種光纖法布里-珀羅壓力傳感器，其特征在于該傳感器包括傳感器體光纖法布里-珀羅壓力傳感器體是傳感器的支撐結(jié)構(gòu)和光纖滑動(dòng)時(shí)的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其形狀為圓柱形或是長(zhǎng)方體形，傳感器體的中間開有一個(gè)通孔，通孔的一端開有一個(gè)凹坑；彈性膜片用來(lái)感受壓力的變化，放置于傳感器體的凹坑中并固定；傳感光纖傳感光纖的一端為法布里-珀羅腔所需的反射面，另一端為球形，該傳感光纖放置于傳感器體中間的通孔內(nèi)，球形一端與彈性膜片緊密接觸；傳輸光纖該光纖放置于傳感器體中間通孔內(nèi)的另一端，用來(lái)提供法布里-珀羅腔所需的另一反射面，與傳感光纖的光纖端面不接觸以構(gòu)成法布里-珀羅腔；微型彈簧放置于傳感光纖與傳輸光纖之間，用來(lái)提供彈性回復(fù)力使傳感光纖與彈性膜片始終保持緊密接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖法布里_珀羅壓力傳感器，其特征在于傳感器體為一整 體或者由相互固定在一起的兩部分構(gòu)成；整體式的傳感器體中用于放置直徑小于通孔的微 型彈簧，由兩部分構(gòu)成的傳感器體的兩部分銜接處的孔徑大于通孔的孔徑，適用于放置直 徑大于通孔的微型彈簧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖法布里_珀羅壓力傳感器，其特征在于傳感器體的 制作材料為Pyrex玻璃或熔融石英材料；彈性膜片的材料為單晶硅片、石英薄片、聚合物薄 片或金屬膜片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖法布里_珀羅壓力傳感器，其特征在于所述的傳感 光纖和傳輸光纖為單模光纖或多模光纖；用作反射面的光纖端面可以是切割后直接使用， 也可以鍍上反射膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖法布里_珀羅壓力傳感器，其特征在于所述的微型 彈簧的材料為聚合物或金屬，形狀為螺旋形或是管狀。
6.一種權(quán)利要求1所述的光纖法布里_珀羅壓力傳感器的制作方法，其特征在于該方 法包括第1、彈性膜片制作利用激光切割出所需大小的硅膜片，并用激光在硅膜片兩面制作 微小條紋，以破壞掉該面的反射，膜片厚度為10 y m 300 y m ；第2、傳感光纖的制作利用光纖切割刀切割光纖獲得好的光纖端面，然后用筆式切割 刀在顯微鏡下切取光纖至所需長(zhǎng)度，對(duì)傳感光纖的非反射端加熱熔化并利用表面張力形成 球形；第3、傳輸光纖的制作截取lm 1. 5m長(zhǎng)度的光纖后，利用光纖切割刀切割光纖一端 獲得好的光纖端面作為傳輸光纖的反射面；第4、微型彈簧的制作1)管狀微型彈簧的制作將一小滴聚合物注入內(nèi)經(jīng)為126ym的玻璃管內(nèi)，通過高速離 心旋轉(zhuǎn)方法，在玻璃管內(nèi)形成厚度為5 10 y m的均勻薄膜，固化后并從玻璃管內(nèi)取下即制 作成彈性軟管，其長(zhǎng)度為20 400 y m ；2)螺旋形微型彈簧的制作用直徑為25 35ym的金屬?gòu)椈山z，制成彈簧外徑為 126 u m,長(zhǎng)度為400 u m的螺旋形金屬微型彈簧；第5、傳感器體的制作利用Pyrex玻璃或熔融石英材料制作傳感器體，首先將傳感器體制成外徑為1mm 5mm，長(zhǎng)度為5 15mm的圓柱體形或長(zhǎng)方體形，在傳 感器體中部鉆 出直徑為127 ym的通孔，隨后進(jìn)一步將端面加工平整，在傳感器體一頭加工出深度約為 500 u m,直徑為0. 6 4. 5mm的凹坑，作為壓力膜片的受力支撐；第6、將帶有球形尾端的傳感光纖從帶有凹坑的傳感器體的一頭插入通孔中，球形尾端 朝外，之后將第1步制成的彈性膜片采用陽(yáng)極鍵合的方式固定在傳感器體的凹坑上；然后 在傳感器體的另一頭放入微型彈簧，再插入傳輸光纖，兩段光纖的光纖端面不接觸以構(gòu)成 法布里_珀羅腔，利用光譜儀或低相干干涉儀實(shí)時(shí)控制傳輸光纖的插入深度，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)計(jì) 位置，即該傳輸光纖將微型彈簧壓緊，微型彈簧在彈性膜片變形的范圍內(nèi)均能令傳感光纖 的球形尾端與彈性膜片緊密接觸，利用環(huán)氧樹脂膠將傳輸光纖固定，在電熱箱中60°C的溫 度下固化一小時(shí)，或常溫下固化24小時(shí)，即制作完成傳感器。
7. —種權(quán)利要求2所述的由兩部分構(gòu)成的傳感器體的光纖法布里-珀羅壓力傳感器的 制作方法，其特征在于該方法包括第1、彈性膜片制作利用激光切割出所需大小的硅膜片，并用激光在硅膜片兩面制作 微小條紋，以破壞掉該面的反射，膜片厚度為10 y m 300 y m ；第2、傳感光纖的制作利用光纖切割刀切割光纖獲得好的光纖端面，然后用筆式切割 刀在顯微鏡下切取光纖至所需長(zhǎng)度，對(duì)傳感光纖的非反射端加熱熔化并利用表面張力形成 球形；第3、傳輸光纖的制作截取長(zhǎng)度為lm 1. 5m的光纖后，利用光纖切割刀切割光纖一 端獲得好的光纖端面作為傳輸光纖的反射面；第4、大尺寸螺旋形微型彈簧的制作用直徑為35 40 y m的金屬?gòu)椈山z，制成彈簧外 徑約150 u m，長(zhǎng)度為500 u m的大尺寸螺旋形金屬微型彈簧；第5、傳感器體的制作利用Pyrex玻璃或熔融石英材料制作傳感器體，此時(shí)傳感器體 分成兩部分制作，第一部分長(zhǎng)度3 9mm，先在傳感器體中部鉆出直徑為127 pm的通孔，并 將端面加工平整，在傳感器體一頭加工出深度為500 u m,直徑為0. 6 4. 5mm的凹坑，作為 彈性膜片的受力支撐，另一頭加工出深度為480 u m,直徑為155 u m的沉孔；第二部分長(zhǎng)度 2 6mm，也在傳感器體中部鉆出直徑為127 y m的通孔；第6、傳感器的組裝將帶有球形尾端的傳感光纖從傳感器體第一部分帶有直徑為 0. 6 4. 5mm的凹坑的傳感器體的一頭插入傳感器體的通孔中，球形尾端朝外，之后將彈 性膜片采用陽(yáng)極鍵合的方式固定在傳感器體的凹坑上，再將第3步制作的微型彈簧插入另 一頭沉孔中，將裝好的第一部分和第二部分傳感器體熔接在一起；然后將傳輸光纖插入傳 感器體第二部分的通孔中，兩段光纖的光纖端面不接觸以構(gòu)成法布里-珀羅腔，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè) 計(jì)位置即傳輸光纖與微型彈簧緊密接觸時(shí)，利用環(huán)氧樹脂膠將傳輸光纖固定，在電熱箱中 60°C的溫度下固化一小時(shí)，或常溫下固化24小時(shí)，即制作完成傳感器。
全文摘要
新型的法布里-珀羅傳感器及其制作方法。用于檢測(cè)液體、氣體的相對(duì)壓力和絕對(duì)壓力，也可用于探測(cè)聲波，超聲波信號(hào)等。本結(jié)構(gòu)主要由光纖、彈性膜片、傳感器體和微型彈簧組成。可以采用兩種方式及一種變通方法來(lái)形成法珀腔和制作傳感器。彈性膜片與傳感光纖通過平面—球形的點(diǎn)接觸方式緊密接觸，當(dāng)外界壓力變化致使彈性膜片變形時(shí)，膜片會(huì)帶動(dòng)光纖在傳感器體中軸向移動(dòng)，從而改變了光纖法珀腔的長(zhǎng)度，當(dāng)接入寬帶光源后，通過對(duì)通過光纖法布里-珀羅壓力傳感器中的光的光譜掃描或者低相干干涉條紋的提取，可提取出腔長(zhǎng)變化，從而獲取壓力信息。本結(jié)構(gòu)可以避免傳統(tǒng)光纖法布里-珀羅傳感器膜片變形不能過大的缺陷，可得到更高的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01L11/02GK101858809SQ201010185469
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者劉宇, 劉琨, 劉鐵根, 姜麗娟, 江俊峰 申請(qǐng)人:天津大學(xué)