[发明专利]光纤法珀压力传感器及其敏感单元的批量化制备方法

说明书

本公开描述一种光纤法珀压力传感器的敏感单元的批量化制备方法，包括以下步骤：准备第一石英片和第二石英片，对第一石英片的上表面进行抛光，对第二石英片的上表面进行抛光；在第一石英片的上表面制作多个凹槽；在第一石英片的下表面，在与各个凹槽相应的位置制作与该凹槽共轴且与该凹槽连通的通孔；将第二石英片的上表面以覆盖多个凹槽的方式与第一石英片的上表面结合，形成层叠体；并且对层叠体的多个凹槽进行切割以获得多个敏感单元。根据本公开，能够提高光纤法珀压力传感器的敏感单元的一致性。

技术领域

本公开大体涉及压力传感器领域，具体涉及一种光纤法珀压力传感器及其敏感单元的批量化制备方法。

背景技术

近些年来，随着航空航天、化工和能源等领域的迅速发展，对压力传感器在高温环境下的可靠性提出了越来越高的要求，传统的压阻式或压电式压力传感器由于例如制作材料不耐高温以及信号线热传导对解调系统的不良影响等问题，难以被应用在上述领域中进行高精度地压力测量。

光纤式压力传感器例如光纤法珀式压力传感器通常由敏感单元基于光学原理对压力进行感测，而且具有体积小，灵敏度高，耐腐蚀，抗电磁干扰等优点。其中，敏感单元可选用耐高温的材料进行制作并且高温不易对上述光学原理的应用产生影响，因此光纤法珀式压力传感器适用于上述高温环境下的压力测量。近年来，用于制造光纤法珀压力传感器的技术主要由MEMS技术、化学腐蚀技术、电弧放电技术和激光加工技术等。然而，利用化学腐蚀技术，电弧放电技术和激光加工技术制造的传感器其一致性相对较差，例如由于不同敏感单元其敏感膜片的厚度和有效半径不一致从而造成各敏感单元的一致性较低，并且难以实现传感器的低成本批量化制造。

相反，利用MEMS技术制造的传感器具有敏感单元一致性高及批量化制造的优点。目前已经报道国一种压力传感器，其利用Pyrex玻璃圆片和硅片实现光纤法珀压力传感器的批量化制造且该种传感器能在350℃高温环境下进行压力测量，然而由于材料自身特性的限制，使得该种传感器难以实现更高温度环境下的压力测试。而且，由于使用了两种不同热膨胀系数的材料进行传感器制作，当传感器在高温环境下工作时由于不同材料间的热膨胀系数不匹配将会影响传感器的使用性能，这也是限制该种传感器在高温下应用的原因之一。并且在光纤与敏感单元连接方法上，目前比较常用的方法是利用紫外环氧树脂或耐高温粘接剂，在需要工作于高温环境的传感器中引入粘结材料将会进一步影响传感器在高温下的稳定性及使用寿命。

熔融石英玻璃材料其软化点高达1730℃左右，且耐酸碱腐蚀，相比于目前常用的用于制造光纤法珀压力传感器的材料，例如金属、Pyrex玻璃、硅、蓝宝石、SiC等来说，石英材料具有更低的热膨胀系数，这使其成为制造高温压力传感器的良好材料。在本发明中，我们利用高温热压键合技术及微机械加工技术制造并验证了一种可批量化制造的全石英光纤法珀压力传感器，且利用CO₂激光熔接技术实现了传感器全石英敏感单元与信号传输光纤的无胶化密封集成，使得该种传感器能在高温环境下稳定工作。

发明内容

本公开是有鉴于上述现有技术的状况而提出的，其目的在于提供一种能够提高光纤法珀压力传感器的一致性的光纤法珀压力传感器的敏感单元的批量化制备方法。

为此，本公开第一方面提供一种光纤法珀压力传感器的敏感单元的批量化制备方法，其包括以下步骤：准备具有相对的上表面和下表面的第一石英片以及具有相对的上表面和下表面的第二石英片，对所述第一石英片的上表面进行抛光，对所述第二石英片的上表面进行抛光；在所述第一石英片的上表面制作多个凹槽；在所述第一石英片的下表面，在与各个凹槽相应的位置制作与该凹槽共轴且与该凹槽连通的通孔；将所述第二石英片的上表面以覆盖所述多个凹槽的方式与所述第一石英片的上表面结合，形成层叠体；并且对所述层叠体的所述多个凹槽进行切割以获得多个敏感单元。