[发明专利]一种石墨烯波纹膜光纤F-P声压传感器及其制作方法

权利要求书

1.一种石墨烯波纹膜光纤F-P声压传感器的制作方法，其特征在于：该传感器的制作方法包括以下步骤：

步骤1.传感器组件选型：选用石墨烯膜、光纤插芯、单模光纤、粘合剂；其中，所述的光纤插芯可为陶瓷插芯或玻璃毛细管；所述的石墨烯膜可为铜基、镍基或一步转移法制备而成的石墨烯膜，其厚度可为单层或多层，并通过步骤2完成石墨烯波纹膜的制备；所述的粘合剂可为环氧树脂胶或UV胶；

步骤2.所述的石墨烯波纹膜制备过程为：首先，在清洁的硅片上旋涂一层光刻胶，经过光刻工艺制成凹槽形波纹基底；其次，同样采用光刻工艺，在硅片上制作一个与凹槽形波纹同心的环状凸台，用于光纤插芯与石墨烯膜的对准；接下来，将商用石墨烯膜剪切至合适大小，并利用无尘滤纸将石墨烯膜转移至去离子水中；最后，通过捞取的方法，在去离子水中将石墨烯膜转移至波纹基底上，并在室温下自然干燥，从而基于光刻胶完成波纹膜的制备；

步骤3.对所述的光纤插芯端面进行研磨以使其平面平整、光洁，然后利用去离子水进行超声清洗；之后，将单模光纤的一端剥去涂覆层，并用光纤切割刀切平；最后，通过端面检测仪或显微镜检测光纤插芯端面和单模光纤切平后端面的平整度；

步骤4.将粘合剂涂覆在步骤3所述的光纤插芯端面的外围；然后，将光纤插芯对准已转移石墨烯膜的波纹基底上的环状凸台，并插入凸台内，在室温环境下固化环氧树脂胶；之后，将波纹基底与光纤插芯整体倒置与于丙酮溶液中，溶解光刻胶；最后，取出光纤插芯并置于精密干燥箱中干燥；

步骤5.将步骤4吸附有石墨烯波纹膜的光纤插芯固定于微位移平台上，将步骤3所述的单模光纤插入插芯孔至合适深度，并固定；

步骤6.将带有尾纤接头的单模光纤的另一端接入三端口环形器的一个端口，并将环形器的另外两个端口分别与宽带光源和光谱分析仪相连；

步骤7.使用微位移平台将单模光纤插入光纤插芯内，则由单模光纤端面和石墨烯波纹膜构成法布里-珀罗干涉腔，并通过光谱仪显示的干涉条纹确定腔长，当腔长为60μm时，使用环氧树脂胶将单模光纤和陶瓷插芯尾端固定，完成石墨烯波纹膜声压传感器的制作。

2.根据权利要求1所述的石墨烯波纹膜光纤F-P声压传感器的制作方法，其特征在于：所述的光纤插芯的材料为ZrO₂陶瓷，也可为具有类似陶瓷插芯结构的毛细管。

3.根据权利要求1所述的石墨烯波纹膜光纤F-P声压传感器的制作方法，其特征在于：所述的石墨烯波纹膜为单层或多层，其波纹形状包括正弦波形状、矩形、梯形和锯齿形；

对于所述的石墨烯波纹膜，在均布载荷q作用下，其中心挠度ω与波纹膜各参数之间的关系为：

其中：式中，h、R、σ、E、ν、N和H分别为石墨烯波纹膜的厚度、整体半径、预应力、杨氏模量、泊松比、波纹数目和波纹深度。

4.根据权利要求1所述的石墨烯波纹膜光纤F-P声压传感器的制作方法，其特征在于：利用双光束干涉原理，并采用光信号相位解调中的双峰法对干涉光谱信号的解调；

对于双光束干涉原理，则反射的干涉光强可表示为：

式中，I为反射的干涉光强，I₀为入射光强，R₁为光纤端面的反射率，R₂为波纹石墨烯膜的反射率，ξ为干涉腔的腔长损耗，δ为相邻光束的相位差；

且腔长L可表示为：

式中，λ₁、λ₂是干涉光谱的两个相邻的峰峰值对应的波长。

5.一种石墨烯波纹膜光纤F-P声压传感器，其特征在于：该声压传感器是由权利要求1-4任一项所述的制作方法制作得到的。