一種基于f-p干涉原理的光纖高壓傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于光纖傳感領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于F-P干涉原理的光纖高壓傳 感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在海洋監(jiān)測(cè)、石油、化工等高壓工程領(lǐng)域中，環(huán)境壓力是重要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，直接關(guān) 系到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精度、生產(chǎn)環(huán)境的安全、工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0003] 在現(xiàn)有的技術(shù)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(hù)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(fù)用等諸多優(yōu)點(diǎn)， 非常適合應(yīng)用于高壓探測(cè)領(lǐng)域中，但是目前沒有基于F-P干涉原理技術(shù)平臺(tái)下的光纖高壓 傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型要解決的問題是提供一種基于F-P干涉原理的光纖高壓傳感器，將光 纖F-P壓力傳感器應(yīng)用于高壓探測(cè)領(lǐng)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(cè)、石油、化工等領(lǐng)域的壓力測(cè)量。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種基于F-P干涉原理的光纖高壓傳感器，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(cè)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(diào)儀觀察信號(hào)質(zhì)量保證膜片與插芯的對(duì)中性;壓力源接 頭和底座的側(cè)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(jīng)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(jìn)行 密封連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感單元的密封隔離，保證氣體或液體壓力源介質(zhì)不發(fā)生泄漏。壓力源接 頭采用國(guó)標(biāo)螺紋，可以方便地與壓力源或其他待測(cè)設(shè)備連接。
[0009] 傳感膜片采用MEMS加工技術(shù)，將單晶硅片與腐蝕有微腔的Pyrex玻璃進(jìn)行陽(yáng)極鍵 合，保證了傳感單元的尺寸精度與穩(wěn)定性。
[0010] 本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)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(yīng)用于海洋、油井等惡劣環(huán)境的壓力探測(cè)中；傳感器為無源光傳感，抗 電磁干擾性強(qiáng)，且使用時(shí)僅需對(duì)光源供電，耗電功率低;傳感信號(hào)通過偏振低相干干涉法解 調(diào)，光源功率的波動(dòng)對(duì)解調(diào)無影響；傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，加工成本低、生產(chǎn)效率高、 便于批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖
[0012] 圖2是本實(shí)用新型的俯視圖 [0013]圖3是本實(shí)用新型的仰視圖
[0014] 圖4是本實(shí)用新型的傳感膜片結(jié)構(gòu)圖
[0015] 圖5是本實(shí)用新型的傳感頭單元結(jié)構(gòu)圖
[0016] 圖6是本實(shí)用新型的實(shí)施例系統(tǒng)示意圖
[0017] 圖中：
[0018] 1、壓力入口 2、壓力源接頭 3、底座
[0019] 4、外殼 5、光纜防水接頭 6、傳感膜片
[0020] 7、多模光纖 8、SMA金屬光纖插芯 9、鎧裝光纖外套
[0021] 10、傳感硅片 11、真空F-P腔 12、Pyrex玻璃基底
[0022] 13、LED光源 14、3dB耦合器 15、模擬海洋環(huán)境壓力罐
[0023] 16、本新型傳感器 17、信號(hào)處理模塊 18、解調(diào)單元
[0024] 19、線陣CCD 20、偏振片 21、雙折射光楔
[0025] 22、光纖陶瓷插芯 23、傳感頭單元
【具體實(shí)施方式】
[0026] 如圖1、2、3所示，本實(shí)用新型一種基于F-P干涉原理的光纖高壓傳感器，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。
[0027] SMA金屬光纖插芯8和底座3的側(cè)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(diào)單元18觀察信號(hào)質(zhì)量保證膜片與插芯的對(duì)中 性;壓力源接頭2和底座3的側(cè)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(jīng)過鎧裝來提高傳感 器的使用壽命。
[0028] 壓力源接頭2、底座3、外殼4、光纜防水接頭5構(gòu)成本實(shí)用新型傳感器的殼體封裝； 參照?qǐng)D4所示，傳感硅片10和Pyrex玻璃基底12經(jīng)陽(yáng)極鍵合構(gòu)成傳感膜片6,兩者之間為經(jīng) MEMS技術(shù)腐蝕得到的真空F-P微腔11;參照?qǐng)D5所示，傳感膜片6與金屬光纖插芯8經(jīng)環(huán)氧樹 脂膠粘接構(gòu)成傳感頭單元。
[0029] 本實(shí)例的工作過程：
[0030]參照?qǐng)D6所示，將本實(shí)用新型光纖高壓傳感器16接在待測(cè)模擬海洋環(huán)境壓力罐15 的壓力接口上。當(dāng)壓力罐中的壓力發(fā)生變化時(shí)，壓力經(jīng)罐內(nèi)液態(tài)介質(zhì)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(jù)板殼理論可知，硅片形變量與壓力改變量滿足公 式：
[0032]即硅片形變量與壓力改變量呈線性關(guān)系。而硅片形變量與F-P腔腔長(zhǎng)也呈線性關(guān) 系，故可以通過對(duì)光信號(hào)進(jìn)行解調(diào)確定某時(shí)刻的F-P腔腔長(zhǎng)，進(jìn)而得出壓力罐內(nèi)的壓力值。 [0033]白光LED光源13發(fā)出的光，經(jīng)3dB耦合器14進(jìn)入本實(shí)用新型傳感器16。光線經(jīng)F-P腔 11調(diào)制，帶有F-P腔腔長(zhǎng)信息的反射光再次經(jīng)3dB耦合器14進(jìn)入解調(diào)單元18。解調(diào)單元18采 用偏振式低相干干涉解調(diào)方法，將F-P腔腔長(zhǎng)信息轉(zhuǎn)換為線陣CCD 19上的位置信息。線陣 (XD 19輸出的電信號(hào)再經(jīng)信號(hào)處理模塊17處理，解調(diào)出此時(shí)的壓力值。
[0034] 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(cè)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(diào)方法，可以滿足高精度實(shí)時(shí)壓力探測(cè)要求。
[0035] 以上對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本實(shí)用新型的 較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)范圍所作 的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本實(shí)用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于F-P干涉原理的光纖高壓傳感器，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(cè)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(diào)儀觀 察信號(hào)質(zhì)量保證膜片與插芯的對(duì)中性;壓力源接頭(2)和底座(3)的側(cè)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】本實(shí)用新型提供一種基于F-P干涉原理的光纖高壓傳感器，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。本實(shí)用新型的有益效果是采用不銹鋼殼體封裝形式，使其可以應(yīng)用于海洋、油井等惡劣環(huán)境的壓力探測(cè)中；無源光傳感抗電磁干擾性強(qiáng)，且僅需對(duì)低功率光源供電；傳感信號(hào)通過偏振低相干干涉法解調(diào)，光源功率的波動(dòng)對(duì)解調(diào)無影響；傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，加工成本低、生產(chǎn)效率高、便于批量生產(chǎn)。
【IPC分類】G01L11/02
【公開號(hào)】CN205228702
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521064469
【發(fā)明人】劉柯
【申請(qǐng)人】天津求實(shí)飛博科技有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月17日