[发明专利]一种微型膜片式光纤端部FP压力传感器、制作方法及应用

说明书

本发明提供了一种微型膜片式光纤端部FP压力传感器、制作方法及应用。一种微型膜片式光纤端部FP压力传感器，包括光纤、空芯光纤和压力敏感膜片，光纤和空芯光纤等直径，二者通过电弧熔接；利用氢氧催化键合的方法将压力敏感膜片键合在空芯光纤的端面。本发明不仅可以实现传感器整体全石英结构，还使各元件结合处不存在有机聚合物，具有极高的长期稳定性与热稳定性。同时该制作方法提高了传感器的适用范围及使用寿命，也降低了制造成本。本发明可应用于高温、高压、强腐蚀等极端环境下对于压力、声波等参数的监测，也可以应用于医疗临床领域人体内空间受限情况下的压力测量。

技术领域

本发明涉及一种微型膜片式光纤端部法布里-珀罗(FP)压力传感器的制作方法，主要包括传感器的电弧熔接和氢氧催化键合装配方案，以及氢氧催化键合溶液的配置方法。

背景技术

压力传感器在工业制造、医疗、航空航天等领域具有广泛应用。而由光纤制作的压力传感器以其体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、可远距离信号传输等优点，具有很高的应用研究价值。影响光纤传感器性能的因素主要在于灵敏度、是决定传感器能否实用化的关键因素。

光纤FP干涉仪是一种重要的光纤传感模型。其结构分为两种，一种为本征式FP干涉型传感器，另一种为非本征式FP干涉型传感器。本征式FP干涉型传感器的FP干涉腔体直接由光纤本身构成，利用对外界信息具有敏感能力的光纤作为传感元件。而在非本征式FP干涉型传感器中，光纤仅起到光传输介质的作用，对外界信息敏感的干涉腔体是通过其他功能元件来实现的。其中，膜片式非本征FP型(DEFPI)光纤传感器能够实现压力参量的精确测量。由于其制作简单、结构紧凑、响应速度快、灵敏度高且可调控等特点，在光纤压力传感器领域具有重要地位。在DEFPI型光纤传感器中，平整的光纤端面与相隔一定距离的压力敏感膜片内表面构成了低细度FP干涉仪。DEFPI型光纤传感器通过膜片结构实现对压力参量的敏感。在外界压力的作用下，膜片产生弹性形变，导致光纤端面与压力敏感膜片内表面间的距离变化即干涉仪的腔长发生变化。膜片的材料、径向尺寸、厚度共同决定压力灵敏度，通过改变这三个参量，可以实现不同灵敏度的压力测量，适合易燃易爆、强电磁干扰等恶劣环境中的静压、声波等物理量的测量。

传统的DEFPI型光纤传感器通常将光纤嵌套入内径与光纤外径相匹配的准直毛细管中，再将压力敏感膜片固定在准直毛细管的另一端面上，平整的导入光纤端面与压力敏感膜片内表面构成了低细度的FP干涉仪，如图1所示。但此种结构的传感器尺寸受毛细管尺寸的限制，一般直径为数毫米，远大于光纤直径，体积较大，结构稳定性略低。本发明所涉及的是一种位于光纤尖端的微型压力传感器，其结构是将光纤和光纤等直径的空心管状结构熔接在一起，再将与光纤等直径的压力敏感膜片固定在空心管的另一端面上，如图2所示。该传感器由于体积微小，结构紧凑，所以对于膜片的对准固定操作要求极高，常规的膜片固定技术难以满足该种传感器的装配要求。