[发明专利]一种超高温微型光纤EFPI应变传感器

权利要求书

1.一种超高温微型光纤EFPI应变传感器，其特征在于：包括敏感芯片(1)、特种光纤(2)、光纤耦合装置(3)和传输光纤(4)；

敏感芯片(1)采用耐高温材料，通过MEMS工艺制备得到，敏感芯片(1)由芯片基底(1-1)和芯片盖板(1-2)键合而成，芯片基底(1-1)上制备有凹槽(1-3)，用于放置特种光纤(2)；

所述敏感芯片(1)凹槽中与特种光纤(2)光纤反射端面(2-1)平行且距离最近的一面为芯片内反射面(1-4)，敏感芯片(1)外壁与芯片内反射面平行且相近的一面为芯片外反射面(1-5)；

敏感芯片外反射面(1-5)与芯片内反射面(1-4)构成固体EFPI腔，芯片内反射面(1-4)和特种光纤(2)光纤反射端面(2-1)之间构成空气EFPI腔；

特种光纤(2)为耐高温光纤，插入敏感芯片的一端光纤反射端面(2-1)通过光纤垂直切割、抛光制备得到；

特种光纤(2)另一端通过光纤耦合装置(3)与传输光纤(4)连接；

传输光纤(4)用于在非高温区域进行光信号传输。

2.根据权利要求1所述的一种超高温微型光纤EFPI应变传感器，其特征在于：所述敏感芯片(1)材料为蓝宝石、SiC或石英，所述特种光纤(2)为蓝宝石光纤或镀金光纤。

3.根据权利要求1所述的一种超高温微型光纤EFPI应变传感器，其特征在于：芯片内反射面(1-4)与槽底呈垂直关系，且粗糙度1μm。

4.根据权利要求1所述的一种超高温微型光纤EFPI应变传感器，其特征在于：所述凹槽(1-3)尺寸比特种光纤(2)直径大0-1微米。

5.根据权利要求4所述的一种超高温微型光纤EFPI应变传感器，其特征在于：所述特种光纤(2)能够在敏感芯片凹槽(1-3)内沿轴向自由运动，但不能沿径向活动。

6.根据权利要求5所述的一种超高温微型光纤EFPI应变传感器，其特征在于：特种光纤(2)光纤反射端面(2-1)与芯片内反射面(1-4)平行，距离小于1mm。

7.根据权利要求1所述的一种超高温微型光纤EFPI应变传感器，其特征在于：光纤EFPI应变传感器在测量对象上进行安装时，安装固定点分别位于敏感芯片(1)和特种光纤(2)上。

8.权利要求1所述一种超高温微型光纤EFPI应变传感器的应变测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将超高温微型光纤EFPI应变传感器的敏感芯片和特种光纤固定在测量对象上，两者安装点间距为L，特种光纤光纤反射端面和芯片内反射面间距为d，即空气EFPI腔腔长为d；

步骤二：当测量对象发生应变ε时，特种光纤随安装点沿芯片凹槽发生位移，进而改变空气EFPI腔腔长d，设腔长改变量为Δd，Δd受应变ε和温度T正交影响，记作Δd＝Δd₁(ε)+Δd₂(T)，其中Δd₁(ε)与安装点间距变化量ΔL相等；

步骤三：通过对光纤EFPI传感器反射光信号特征参数进行信号解调，计算出空气EFPI腔腔长d和腔长改变量Δd，进行温度补偿后得到应变导致腔长变化Δd₁(ε)，进而得到测量对象应变ε＝ΔL/L；

进行温度补偿后得到应变导致腔长变化Δd₁(ε)的方法如下：

敏感芯片外反射面(1-5)与芯片内反射面(1-4)构成固体EFPI腔，该固体EFPI腔腔长仅受温度影响，通过对光纤EFPI传感器反射光信号特征参数进行信号解调，获得固体EFPI腔腔长，进而由预先标定或理论计算得到的温度-固体EFPI腔腔长关系，得到温度信息；

在此基础上，由预先标定或理论计算得到的温度-空气EFPI腔腔长关系，得到对应温度下，由温度变化导致的空气EFPI腔长度变化Δd₂(T)，根据Δd＝Δd₁(ε)+Δd₂(T)计算得到Δd₁(ε)。