新型光纖高壓傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖傳感領域，尤其是涉及新型光纖高壓傳感器。
【背景技術】
[0002] 在海洋監(jiān)測、石油、化工等高壓工程領域中，環(huán)境壓力是重要的監(jiān)測內容，直接關 系到監(jiān)測數據的精度、生產環(huán)境的安全、工業(yè)產品的質量。
[0003] 在現有的技術中廣泛使用的是電子式壓力傳感器，這種傳感器存在很難避免噪聲 干擾和溫度漂移問題、體積大、壽命短、布放困難、維護成本高等問題。光纖傳感器具有抗電 磁干擾、電絕緣性好、耐腐蝕、靈敏度高、重量輕、體積小、外形可變、便于復用等諸多優(yōu)點， 非常適合應用于高壓探測領域中，但是目前沒有基于F-P干涉原理技術平臺下的光纖高壓 傳感器。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明要解決的問題是提供新型光纖高壓傳感器，將光纖F-P壓力傳感器應用于 高壓探測領域。本傳感器抗電磁干擾、安裝便捷、成本較低，尤其適合海洋監(jiān)測、石油、化工 等領域的壓力測量。
[0005] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：
[0006] 新型光纖高壓傳感器，其特征在于：傳感器包括壓力入口、壓力源接頭、底座、外 殼、光纜防水接頭、傳感膜片、多模光纖、SMA金屬光纖插芯、鎧裝光纖外套;SMA金屬光纖插 芯和底座的側面通過均勻涂抹環(huán)氧樹脂膠密封，底面通過激光焊接連接;傳感膜片為帶有 圓柱形法珀微腔的方形膜片，和SMA金屬光纖插芯之間通過環(huán)氧樹脂固定，固定前通過偏振 低相干干涉解調儀觀察信號質量保證膜片與插芯的對中性;壓力源接頭和底座的側面通過 均勻涂抹環(huán)氧樹脂膠密封，底面通過激光焊接連接;底座和外殼之間、外殼和光纜防水接頭 之間均通過螺紋連接;光纖經過鎧裝來提高傳感器的使用壽命。
[0007] 壓力源接頭、底座、外殼均采用不銹鋼316L材料，使傳感器可工作在高壓環(huán)境中， 并提高了傳感器的耐腐蝕性。
[0008] 壓力源接頭、底座、SMA金屬光纖插芯之間均通過環(huán)氧樹脂密封膠和激光焊接進行 密封連接，實現對傳感單元的密封隔離，保證氣體或液體壓力源介質不發(fā)生泄漏。壓力源接 頭采用國標螺紋，可以方便地與壓力源或其他待測設備連接。
[0009] 傳感膜片采用MEMS加工技術，將單晶硅片與腐蝕有微腔的Pyrex玻璃進行陽極鍵 合，保證了傳感單元的尺寸精度與穩(wěn)定性。
[0010] 本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:采用不銹鋼殼體封裝形式，增大了傳感器的量 程，并使其可以應用于海洋、油井等惡劣環(huán)境的壓力探測中；傳感器為無源光傳感，抗電磁 干擾性強，且使用時僅需對光源供電，耗電功率低；
[0011] 傳感信號通過偏振低相干干涉法解調，光源功率的波動對解調無影響；
[0012] 傳感器結構簡單，維修方便，加工成本低、生產效率高、便于批量生產。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的結構示意圖
[0014] 圖2是本發(fā)明的俯視圖 [0015]圖3是本發(fā)明的仰視圖
[0016] 圖4是本發(fā)明的傳感膜片結構圖
[0017] 圖5是本發(fā)明的傳感頭單元結構圖
[0018] 圖6是本發(fā)明的實施例系統(tǒng)示意圖
[0019] 圖中：
[0020] 1、壓力入口 2、壓力源接頭 3、底座
[0021] 4、外殼 5、光纜防水接頭 6、傳感膜片
[0022] 7、多模光纖 8、SMA金屬光纖插芯9、鎧裝光纖外套
[0023] 10、傳感硅片 11、真空F-P腔 12、Pyrex玻璃基底
[0024] 13、LED光源 14、3dB耦合器 15、模擬海洋環(huán)境壓力罐
[0025] 16、本新型傳感器17、信號處理模塊 18、解調單元
[0026] 19、線陣CCD 20、偏振片 21、雙折射光楔
[0027] 22、光纖陶瓷插芯23、傳感頭單元
【具體實施方式】
[0028]如圖1、2、3所示，本發(fā)明新型光纖高壓傳感器，包括壓力入口 1、壓力源接頭2、底座 3、外殼4、光纜防水接頭5、傳感膜片6、多模光纖7、SMA金屬光纖插芯8、鎧裝光纖外套9。
[0029] SMA金屬光纖插芯8和底座3的側面通過均勻涂抹環(huán)氧樹脂膠密封，底面通過激光 焊接連接;傳感膜片6為帶有圓柱形法珀微腔的方形膜片，和SMA金屬光纖插芯8之間通過環(huán) 氧樹脂固定，固定前通過偏振低相干干涉解調單元18觀察信號質量保證膜片與插芯的對中 性;壓力源接頭2和底座3的側面通過均勻涂抹環(huán)氧樹脂膠密封，底面通過激光焊接連接;底 座3和外殼4之間、外殼4和光纜防水接頭5之間均通過螺紋連接;光纖經過鎧裝來提高傳感 器的使用壽命。
[0030] 壓力源接頭2、底座3、外殼4、光纜防水接頭5構成本發(fā)明傳感器的殼體封裝;參照 圖4所示，傳感硅片10和Pyrex玻璃基底12經陽極鍵合構成傳感膜片6,兩者之間為經MEMS技 術腐蝕得到的真空F-P微腔11;參照圖5所示，傳感膜片6與金屬光纖插芯8經環(huán)氧樹脂膠粘 接構成傳感頭單元。
[0031] 本實例的工作過程：
[0032] 參照圖6所示，將本發(fā)明光纖高壓傳感器16接在待測模擬海洋環(huán)境壓力罐15的壓 力接口上。當壓力罐中的壓力發(fā)生變化時，壓力經罐內液態(tài)介質作用在傳感膜片6上，擠壓 傳感硅片10使之發(fā)生彈性形變。依據板殼理論可知，硅片形變量與壓力改變量滿足公式：
[0034]即硅片形變量與壓力改變量呈線性關系。而硅片形變量與F-P腔腔長也呈線性關 系，故可以通過對光信號進行解調確定某時刻的F-P腔腔長，進而得出壓力罐內的壓力值。
[0035] 白光LED光源13發(fā)出的光，經3dB耦合器14進入本發(fā)明傳感器16。光線經F-P腔11調 制，帶有F-P腔腔長信息的反射光再次經3dB耦合器14進入解調單元18。解調單元18采用偏 振式低相干干涉解調方法，將F-P腔腔長信息轉換為線陣CCD 19上的位置信息。線陣CCD 19 輸出的電信號再經信號處理模塊17處理，解調出此時的壓力值。
[0036] 通過改變傳感硅片10的厚度和真空F-P腔11的底面半徑，可以制作適用于不同壓 力探測范圍的傳感器，量程可為0~30Mpa、0~50Mpa、0~70Mpa等等。通過精確地控制傳感 膜片6的制作尺寸及精確的解調方法，可以滿足高精度實時壓力探測要求。
[0037] 以上對本發(fā)明的一個實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發(fā)明的較佳實施 例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進 等，均應仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內。
【主權項】
1.新型光纖高壓傳感器，其特征在于:所述傳感器包括壓力入口（1)、壓力源接頭(2)、 底座(3)、外殼(4)、光纜防水接頭(5)、傳感膜片(6)、多模光纖(7)、SMA金屬光纖插芯(8)、鎧 裝光纖外套(9) ;SMA金屬光纖插芯(8)和底座(3)的側面通過均勻涂抹環(huán)氧樹脂膠密封，底 面通過激光焊接連接;傳感膜片(6)為帶有圓柱形法珀微腔的方形膜片，和SMA金屬光纖插 芯（8)之間通過環(huán)氧樹脂固定，固定前通過偏振低相干干涉解調儀觀察信號質量保證膜片 與插芯的對中性;壓力源接頭(2)和底座(3)的側面通過均勻涂抹環(huán)氧樹脂膠密封，底面通 過激光焊接連接;底座(3)和外殼(4)之間、外殼(4)和光纜防水接頭(5)之間均通過螺紋連 接。
【專利摘要】本發(fā)明提供新型光纖高壓傳感器，包括壓力入口、壓力源接頭、底座、外殼、光纜防水接頭、傳感膜片、多模光纖、SMA金屬光纖插芯、鎧裝光纖外套；SMA金屬光纖插芯和底座的側面通過均勻涂抹環(huán)氧樹脂膠密封，底面通過激光焊接連接；傳感膜片為帶有圓柱形法珀微腔的方形膜片，和SMA金屬光纖插芯之間通過環(huán)氧樹脂固定，固定前通過偏振低相干干涉解調儀觀察信號質量保證膜片與插芯的對中性；壓力源接頭和底座的側面通過均勻涂抹環(huán)氧樹脂膠密封，底面通過激光焊接連接；底座和外殼之間、外殼和光纜防水接頭之間均通過螺紋連接。本發(fā)明適應范圍廣；抗電磁干擾性強，耗電低；對光源的要求較低；結構簡單，維修方便，成本低。
【IPC分類】G01L11/02
【公開號】CN105571769
【申請?zhí)枴緾N201510965116
【發(fā)明人】劉柯
【申請人】天津求實飛博科技有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月17日