[发明专利]一种超高温微型光纤EFPI应变传感器

说明书

本发明公开了一种超高温微型光纤EFPI应变传感器，通过采用MEMS工艺制备敏感芯片，与特种光纤装配构成EFPI结构，可有效降低传感器尺寸。同时，针对传统光纤EFPI应变传感器温度、应变交叉敏感问题，该微型光纤EFPI传感器通过引入固体EFPI腔进行温度测量，具备有温度自补偿能力，在使用时无需额外布设温度传感器，大幅简化了应用复杂程度。本发明应变传感器可应用于800℃以上超高温环境、狭窄区域内的接触式应变测量。

技术领域

本发明属于光纤传感领域，尤其涉及一种高温应用的光纤外腔法布里-珀罗干涉型(EFPI)应变传感器。

背景技术

光纤EFPI传感器被广泛应用于压力、应变、振动、温度等参数监测，是光纤传感技术的典型代表产品，在航天、航空、海洋、地质、医疗健康等领域发挥着重要作用。在高温应变测量领域，光纤EFPI应变传感器已逐步展现出显著的应用前景，被视为800℃乃至更高温区应变测量的强有力工具。

对于实际应用中，接触式应变测量目标结构，如发动机涡轮叶片等，常存在待测区域狭小、安装空间有限等问题，对应变传感器尺寸提出了严峻要求，现有的光纤EFPI应变传感器不能满足要求。另一方面，光纤EFPI应变传感器存在温度交叉敏感问题，需额外配备温度传感器，以同步测量传感器温度，增加了系统复杂度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种超高温微型光纤EFPI应变传感器，该传感器同时具备温度自补偿能力，可有效实现超高温狭小环境下应变参数的准确测量，组成简单，安装便捷。

本发明的技术解决方案是：

一种超高温微型光纤EFPI应变传感器，包括敏感芯片、特种光纤、光纤耦合装置和传输光纤；

敏感芯片采用耐高温材料，通过MEMS工艺制备得到，敏感芯片由芯片基底和芯片盖板键合而成，芯片基底上制备有凹槽，用于放置特种光纤；

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

特种光纤另一端通过光纤耦合装置与传输光纤连接；

传输光纤用于在非高温区域进行光信号传输。

所述敏感芯片材料为蓝宝石、SiC或石英，所述特种光纤为蓝宝石光纤或镀金光纤。

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

敏感芯片外反射面与芯片内反射面构成固体EFPI腔，芯片内反射面和特种光纤光纤反射端面之间构成空气EFPI腔。

芯片内反射面与槽底呈垂直关系，且粗糙度1μm，

所述凹槽尺寸比特种光纤直径大0-1微米。

所述特种光纤能够在敏感芯片凹槽结构内沿轴向自由运动，但不能沿径向活动。

特种光纤光纤反射端面与敏感芯片内反射面平行，距离小于1mm。

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和特种光纤上。

一种超高温微型光纤EFPI应变传感器的应变测量方法，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；