[发明专利]微型光纤压力传感器及其制造方法、压力传感系统

说明书

本发明公开了一种微型光纤压力传感器及其制造方法、压力传感系统，传感器包括具有沿延伸方向贯穿的通孔的套管、设置在套管的一端的封套、滑动地设置在通孔内的滑动光纤、以及相对固定地设置在通孔内的传输光纤，滑动光纤的一端固定连接在封套上、另一端的端面为滑动反射面，传输光纤靠近滑动光纤的端面为固定反射面，滑动反射面与固定反射面相互平行且存在间距，该间距构成法珀腔。传感器受压时，引起法珀腔的腔长变化，通过获得并比对腔长和压力间的函数关系，能够测得压力值。相比于膜片式法珀传感器，本发明的传感器不会产生膜片式传感器在应用时的法珀腔反射面变形的问题，提高了测量范围和精度。

技术领域

本发明涉及压力传感领域，特别涉及一种滑动式的微型光纤压力传感器及其制造方法、压力传感系统。

背景技术

在许多心血管病例中，对血管内不同位置处管内血压的测量是判断患者病情和决定治疗方案的基础。目前有不同类型的压力导丝进行管内血压的测量。现有大量应用的传统压力导丝技术为电学导丝，主要基于MEMS工艺的半导体压阻测量原理，存在电磁干扰难以与其它设备同时使用、以及尺寸有限、加工成本高昂等问题。

基于光学传感测量技术的压力导丝则可有效解决上述问题。目前发展最好的是基于法珀（F-P）干涉原理的传感器，已有大量研究及产品均基于F-P传感器。（专利CN103162878B，CN102879136B，CN103528735B，CN103994851B等）所有这些传感器均采用相同结构，即利用一片弹性膜片进行压力感知，膜片受压后会弯曲，从而改变法珀腔的腔长，通过对干涉条纹信号的解调处理，计算出腔长值，再利用腔长与压力之间的关系，获得压力值。不同报道中采用的膜片材料、厚度和大小不同，所制作的传感器测量范围和灵敏度也有所不同。采用以上方法测量简单，但在微米级的光纤压力导丝应用中存在如下问题：（1）微米级的膜片加工和装配均很困难，对设备要求高，且成品率低；（2）膜片受压后会形成凹陷，对应的法珀腔一侧也将产生变形，形成下陷的曲面，原本的平行腔成为一侧平面一侧曲面结构，使得所形成的干涉输出信号对比度降低。当压力较大引起变形增加时，信号输出质量会急剧恶化，降低解调精度，导致测量结果不准确。产生以上问题的根源在于传统法珀腔结构中弹性膜片既为受压敏感元件，又为光腔的反射面，这种缺陷设计使得膜片必须保持在极小的形变范围内，不利于传感器量程和精度的提高。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种微型光纤压力传感器，不仅可解决传统微型膜片制造和安装困难的问题，还可解决膜式传感器件弧形反射面引入的信号非线性及解调复杂等问题，能够实现在大压力范围测量时保持信号输出对比度的稳定性，从而直接提高测量范围和精度，并有助于提高测量速度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种微型光纤压力传感器，包括套管、滑动光纤、传输光纤，所述套管具有沿延伸方向贯穿的通孔，所述滑动光纤滑动配合地设置在所述通孔中，所述传输光纤的一端固定地穿设在所述通孔中且相对所述套管固定设置，所述套管远离所述传输光纤的一端设置有由弹性材料制成的封套，所述滑动光纤的一端固定连接在所述封套上、另一端的端面为滑动反射面，所述传输光纤靠近所述滑动光纤的端面为固定反射面，所述滑动反射面与所述固定反射面相互平行且存在间距，该间距构成法珀腔。

优选地，所述套管的由玻璃、不锈钢、高分子材料中的任一种材料制成。

优选地，所述滑动反射面与所述固定反射面的间距在20~100μm之间。

优选地，所述滑动光纤和所述传输光纤的直径在100~500μm之间，所述通孔的直径比所述滑动光纤的直径大10~30μm。

本发明的第二个目的是提供制造上述微型光纤压力传感器的方法，其过程简单，容易掌握，对加工设备要求较低。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：微型光纤压力传感器的制造方法，包括以下步骤：