本發(fā)明屬于光纖傳感器，具體涉及一種探針式光纖氣體壓力傳感器的制備方法。

背景技術(shù)：

1、洞脈動風壓測試是一種關(guān)鍵的實驗技術(shù)，用于模擬飛行器在實際飛行中遇到的各種空氣動力學條件，幫助研究人員評估和優(yōu)化飛行器設(shè)計，確保飛行器在高速和不同氣流條件下的性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；傳統(tǒng)的風壓測量通常依賴機械式傳感器，但這些設(shè)備在高頻率脈動測量中存在動態(tài)響應(yīng)限制；光纖傳感器能夠精確捕捉在復雜流態(tài)中產(chǎn)生的快速變化的壓力數(shù)據(jù)，從而提供更詳盡的風壓分布圖，這對于分析飛行器的氣動負載、振動特性及其對突發(fā)氣流變化的響應(yīng)至關(guān)重要。

2、光纖傳感器通過利用光纖傳導光波的特性來檢測各種物理和化學變化。這種傳感器具有體積小、重量輕、抗電磁干擾能力強的優(yōu)點，并且可以在極端的環(huán)境條件下工作，如高溫、高壓或有腐蝕性的環(huán)境中。光纖傳感器的核心原理是通過監(jiān)測通過光纖的光的強度、相位、偏振或波長的變化來感知外界環(huán)境變化?；诜ú祭镧炅_干涉原理(f-p)的光纖傳感器通過兩個平行的反射面構(gòu)成光學諧振腔，其中一個反射面固定，而另一個反射面隨氣體壓力的變化而移動，從而改變腔體的光程長度。當氣體壓力作用于傳感器探頭時，可移動的反射面產(chǎn)生位移，導致干涉條紋的變化。這種變化通過光纖傳輸?shù)焦庑盘柦庹{(diào)設(shè)備，實現(xiàn)對氣體壓力的量化檢測。目前基于f-p原理的光纖壓力傳感器的靈敏度、測量范圍、響應(yīng)頻率等特性與與膜片的材料特性密切相關(guān)，一旦膜片的材料固定，無法通過其他方法調(diào)整傳感器的傳感特性，在一定程度上限制了壓力傳感器的應(yīng)用范圍。

3、磁流變彈性體是一種智能材料，由懸浮在聚合物基質(zhì)中的微小磁性顆粒組成。這種材料的特點是在外部磁場的作用下，其機械性能如剛度和阻尼性能可以迅速且可逆地改變。由于這些特性，磁流變彈性體在振動控制、沖擊吸收和動態(tài)負載調(diào)節(jié)等領(lǐng)域顯示出極大的應(yīng)用潛力。將磁流變彈性體作為基于f-p原理的光纖壓力傳感器的膜片材料，可以通過改變施加在傳感器外界的磁場，可以實時、非接觸的改變傳感器的靈敏度、測量范圍、響應(yīng)頻率等特性，提升傳感器的性能和適應(yīng)性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種探針式光纖氣體壓力傳感器的制備方法，實現(xiàn)一種體積小、頻率響應(yīng)高、制備簡單、具有靈敏度可調(diào)諧功能的脈動風壓傳感器。由于本專利提出的是一種基于法布里珀羅干涉原理(f-p)的光纖氣體壓力傳感器，其膜片材料為高反射率磁流變彈性體，在非接觸條件下可以通過改變外界磁場強度調(diào)節(jié)膜片楊氏模量，進而調(diào)節(jié)傳感器性能。在測量環(huán)境適應(yīng)性和靈敏度方面比普通f-p光纖壓力傳感器更有優(yōu)勢。

2、本發(fā)明采取的技術(shù)方案具體如下：

3、一種探針式光纖氣體壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟1：將彈性體與其固化劑按照進行混合，并攪拌至兩者混合均勻，并將該混合物置于真空條件下一定時間，得到彈性體與其固化劑的混合溶液；

5、步驟2：將粒徑為20nm磁性fe3o4顆粒放入所述步驟1得到的混合溶液，并攪拌至磁性顆粒分散在混合溶液中，在進行振蕩后得到納米顆粒分散均勻的fe3o4-彈性體混合溶液；

6、步驟3：將步驟2中得到的fe3o4-彈性體混合溶液填入第一空芯光纖中，并進行固化操作；所述第一空芯光纖中的fe3o4-彈性體溶液固化，形成fe3o4-彈性體磁流變彈性體；

7、步驟4：利用光纖熔接機將第二空芯光纖與單模光纖拼接；同時，將步驟3中得到的內(nèi)部填充有fe3o4-彈性體磁流變彈性體的第一空芯光纖與第二空芯光纖熔接：隨后將拼接好的光纖結(jié)構(gòu)置于圖2所示的光纖精密切割平臺，光纖兩端被光纖夾具固定，在顯微相機找到空芯光纖與填充材料的光纖之間的熔接點，然后通過調(diào)節(jié)三維位移臺平移距離l2＝5μm，利用光纖切割刀下填充材料光纖的多余部分，填充材料光纖的長度為l2，并作為fe3o4-彈性體磁流變彈性體薄膜的厚度；最后將第一空芯光纖結(jié)構(gòu)再次與一段第三空芯光纖拼接，得到此段空芯光纖作為探針式光纖壓力傳感器的感壓孔結(jié)構(gòu)。

8、優(yōu)選地，所述步驟1中，所述彈性體使用二甲基硅氧烷，二甲基硅氧烷的固化劑使用pdms聚二甲基硅氧烷高透明固化劑或者鄰苯二甲酸二丁酯；二甲基硅氧烷和其固化劑的質(zhì)量比為10：1。

9、優(yōu)選地，步驟1中，所述彈性體使用橡膠，橡膠的固化劑使用耐黃固化劑或者二鄰甲苯胍，橡膠和其固化劑的質(zhì)量比是10：0.2-0.5。

10、優(yōu)選地，所述步驟1中，將彈性體與其固化劑的混合物置于真空下的時間為10min。

11、優(yōu)選地，所述步驟1以及所述步驟2中，均使用玻璃棒對溶液進行混合攪拌。

12、所述所述步驟2中的，振蕩方式是將混入磁性顆粒的溶液放入超聲波振蕩儀器中振蕩5分鐘，完成磁性顆粒均勻分散；本發(fā)明中，通過使用超聲波振蕩儀器進行振蕩，加快磁性溶液在溶液中的分散速度。

13、優(yōu)選地，所述步驟3中，填充長度為1mm；固化操作是：將填充fe3o4-彈性體混合溶液的空芯光纖置于烘干箱固化，溫度設(shè)為100℃，固化時間設(shè)為1h。

14、優(yōu)選地，所述步驟4中，第二空芯光纖的長度為l1＝50μm；所述第一空芯光纖、所述第二空芯光纖以及所述第三空芯光纖的外徑為125μm內(nèi)徑為75μm。

15、本發(fā)明取得的技術(shù)效果為：

16、本發(fā)明將磁流變彈性體作為f-p光纖壓力傳感器的膜片，相比于其他種類的f-p光纖壓力傳感器，可以通過改變外界環(huán)境磁場，實時、非接觸的改變傳感器膜片的楊氏模量，進而調(diào)節(jié)傳感器的性能，具有更強的靈活性。

17、同時利用光纖精密切割平臺，可以精密控制f-p光纖壓力傳感器的反射腔長和磁流變彈性體膜片的厚度，使得傳感器獲得較高的靈敏度；通過改變外界環(huán)境磁場，調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度和測量范圍，使其能夠匹配不同的脈動壓力測量環(huán)境。

18、本發(fā)明提升了光纖氣體壓力傳感器的適用性，提升了傳感靈敏度，在磁流變彈性體膜片材料的基礎(chǔ)上制備了高性能光纖傳感器；可用于光纖傳感領(lǐng)域。

技術(shù)特征：

1.一種探針式光纖氣體壓力傳感器的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種探針式光纖氣體壓力傳感器的制備方法，其特征在于：所述步驟1中，所述彈性體使用二甲基硅氧烷，二甲基硅氧烷的固化劑使用pdms聚二甲基硅氧烷高透明固化劑或者鄰苯二甲酸二丁酯；二甲基硅氧烷和其固化劑的質(zhì)量比為10：1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種探針式光纖氣體壓力傳感器的制備方法，其特征在于：步驟1中，所述彈性體使用橡膠，橡膠的固化劑使用耐黃固化劑或者二鄰甲苯胍，橡膠和其固化劑的質(zhì)量比是10：0.2-0.5。

4.根據(jù)權(quán)利要求3或2所述的一種探針式光纖氣體壓力傳感器的制備方法，其特征在于：所述步驟1中，將彈性體與其固化劑的混合物置于真空下的時間為10min。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種探針式光纖氣體壓力傳感器的制備方法，其特征在于：所述步驟1以及所述步驟2中，均使用玻璃棒對溶液進行混合攪拌。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種探針式光纖氣體壓力傳感器的制備方法，其特所述所述步驟2中的，振蕩方式是將混入磁性顆粒的溶液放入超聲波振蕩儀器中振蕩5分鐘，完成磁性顆粒均勻分散。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種探針式光纖氣體壓力傳感器的制備方法，其特征在于：所述步驟3中，填充長度為1mm；固化操作是：將填充fe3o4-彈性體混合溶液的空芯光纖置于烘干箱固化，溫度設(shè)為100℃，固化時間設(shè)為1h。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種探針式光纖氣體壓力傳感器的制備方法，其特征在于：所述步驟4中，第二空芯光纖(3)的長度為l1＝50μm；所述第一空芯光纖(5)、所述第二空芯光纖(3)以及所述第三空芯光纖(10)的外徑為125μm內(nèi)徑為75μm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種探針式光纖氣體壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟，步驟1：將彈性體與其固化劑按照進行混合，經(jīng)過處理后，得到混合溶液步驟2：將磁性Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;顆粒放入所述步驟1得到的混合溶液，并經(jīng)過處理后得到的Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;?彈性體混合溶液；步驟3：將步驟2中得到的Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;?彈性體混合溶液填入第一空芯光纖中，并進行固化操作；形成Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;?彈性體磁流變彈性體；步驟4：最后經(jīng)過切割以及熔接，得到此段空芯光纖作為探針式光纖壓力傳感器的感壓孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提升了光纖氣體壓力傳感器的適用性，提升了傳感靈敏度，在磁流變彈性體膜片材料的基礎(chǔ)上制備了高性能光纖傳感器；可用于光纖傳感領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：馬一巍,田甜,耿濤
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19