一種光纖法布里-珀羅溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種光纖法布里-珀羅溫度傳感器，包括傳導(dǎo)光纖和第一、第二金屬膜片，所述傳導(dǎo)光纖在端部形成凹槽，第二金屬膜片設(shè)于傳導(dǎo)光纖的該端部表面，凹槽與第二金屬膜片形成法布里-珀羅腔，所述第二金屬膜片的外側(cè)設(shè)有第一金屬膜片，第一和第二金屬膜片構(gòu)成雙金屬膜；所述第一和第二金屬膜片分別采用單晶硅和鋁。所述光纖法布里-珀羅溫度傳感器可提高光纖溫度傳感器測(cè)溫的穩(wěn)定性和精確性。
【專利說(shuō)明】一種光纖法布里-珀羅溫度傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光纖法布里-珀羅溫度傳感器，屬于光纖溫度傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]光纖法布里-珀羅(F-P)溫度傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較易實(shí)現(xiàn)，是目前最常用的干涉型光纖溫度傳感器。它通常由光纖端面和膜片端面構(gòu)成法布里-珀羅腔，當(dāng)溫度改變時(shí)，法布里-珀羅腔發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)傳感。國(guó)內(nèi)外對(duì)于光纖F-P溫度傳感器做了很多報(bào)道，比較典型的比如:美國(guó)R.A.Wolthuis等人設(shè)計(jì)的光纖溫度傳感器(Wolthuis R A,Mitchell G Lj Saaski Ej et al.Development of Medical Pressure and TemperatureSensors Employing Optical Spectrum Modulat1n.B1med Engineering, 1991，38:974-980.)，其基于硅材料的熱光效應(yīng)，當(dāng)溫度改變時(shí)，硅的折射率發(fā)生改變，從而導(dǎo)致反射光信號(hào)變化，測(cè)溫范圍10°C到60°C，分辨率達(dá)到2°C，但這種方案測(cè)量溫度范圍較小，靈敏度和精度都偏低。國(guó)內(nèi)，中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所張慧君等(張慧君，張力，段玉培，黃彩霞，一種具有溫度測(cè)量功能的光纖壓力傳感器，專利申請(qǐng)?zhí)?201310606371.X)，其利用透過(guò)半導(dǎo)體硅的光透射率隨溫度變化而變化這一特性，通過(guò)檢測(cè)光信號(hào)的強(qiáng)弱，達(dá)到檢測(cè)溫度的目的。另外，中國(guó)計(jì)量學(xué)院張少君等(張少君，劉月明，具有雙金屬膜和法布里-珀羅干涉結(jié)構(gòu)的光纖溫度傳感器，傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2010，23 (9):1242-1246)采用銦鋼雙金屬結(jié)構(gòu)和由陶瓷插針固接的光纖端面形成F-P腔，當(dāng)被測(cè)溫度發(fā)生變化，銦鋼雙金屬膜片將帶動(dòng)陶瓷插針移動(dòng)，進(jìn)而改變反射光強(qiáng)。采用寬帶光源預(yù)測(cè)試技術(shù)進(jìn)行初始法布里-珀羅腔長(zhǎng)的定位，存在一定的復(fù)雜性和不易控制性。此類光強(qiáng)度調(diào)制的光纖溫度傳感器，同時(shí)存在穩(wěn)定性差、易受周圍環(huán)境影響等缺點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的，在于提供一種光纖法布里-珀羅溫度傳感器，可提高光纖溫度傳感器測(cè)溫的穩(wěn)定性和精確性。
[0004]為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是:
[0005]一種光纖法布里-珀羅溫度傳感器，包括傳導(dǎo)光纖和第一、第二金屬膜片，所述傳導(dǎo)光纖在端部形成凹槽，第二金屬膜片設(shè)于傳導(dǎo)光纖的該端部表面，凹槽與第二金屬膜片形成法布里-珀羅腔，所述第二金屬膜片的外側(cè)設(shè)有第一金屬膜片，第一和第二金屬膜片構(gòu)成雙金屬膜；所述第一和第二金屬膜片分別采用單晶硅和鋁。
[0006]進(jìn)一步的，所述傳導(dǎo)光纖采用硼硅酸鹽光纖。
[0007]進(jìn)一步的，所述凹槽是傳導(dǎo)光纖通過(guò)濕法腐蝕工藝腐蝕出的凹槽。
[0008]進(jìn)一步的，所述傳導(dǎo)光纖通過(guò)靜電鍵合工藝與第二金屬膜片結(jié)合在一起。
[0009]進(jìn)一步的，第一金屬膜片通過(guò)濺射或鍍膜形成于第二金屬膜片的外側(cè)。
[0010]采用上述方案后，本實(shí)用新型的傳導(dǎo)光纖通過(guò)濕法腐蝕出凹槽，利用微機(jī)電加工靜電鍵合工藝，與硅進(jìn)行連接，并在硅上淀積一層鋁，形成雙金屬膜。當(dāng)外界溫度改變時(shí)，由于熱膨脹系數(shù)的差異產(chǎn)生不同膨脹和收縮，導(dǎo)致雙金屬膜產(chǎn)生彎曲變形，從而引起法布里-珀羅腔的腔長(zhǎng)發(fā)生改變，使反射光信號(hào)發(fā)生變化。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型光纖法布里-珀羅溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本實(shí)用新型光纖法布里-珀羅溫度傳感器的解調(diào)系統(tǒng)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0014]如圖1所示為本實(shí)用新型的一種光纖法布里-珀羅溫度傳感器，包括傳導(dǎo)光纖3和第一、第二金屬膜片1、2。所述傳導(dǎo)光纖3在端部通過(guò)濕法腐蝕工藝腐蝕出凹槽8，再通過(guò)靜電鍵合工藝與第二金屬膜片2結(jié)合在一起，第二金屬膜片2設(shè)于傳導(dǎo)光纖3的該端部表面，第二金屬膜片2與凹槽8之間形成法布里-珀羅(F-P)腔；第二金屬膜片2外側(cè)采用派射或鍍膜有第一金屬膜片I，第一金屬膜片I和第二金屬膜片2構(gòu)成雙金屬膜。
[0015]第一金屬膜片I采用單晶硅，其厚度可以根據(jù)溫度測(cè)量范圍和靈敏度決定。第二金屬膜片2采用鋁，因其熱膨脹系數(shù)與單晶硅相比差異較大，可通過(guò)鍍膜工藝形成。傳導(dǎo)光纖3采用硼硅酸鹽光纖，利用濕法腐蝕工藝，通過(guò)控制腐蝕速率，可方便制作初始F-P腔長(zhǎng)。另外，初始F-P腔長(zhǎng)還有采雙波長(zhǎng)解調(diào)法的精度來(lái)決定。
[0016]當(dāng)外界溫度改變時(shí)，由于熱膨脹系數(shù)的差異產(chǎn)生不同膨脹和收縮，導(dǎo)致雙金屬膜產(chǎn)生彎曲變形，從而引起F-P腔的腔長(zhǎng)發(fā)生改變，使反射光信號(hào)發(fā)生變化。具體光纖法布里-珀羅溫度傳感器的解調(diào)系統(tǒng)如圖2所示，由光纖傳感分析儀4掃描激光光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)耦合器5，進(jìn)入光纖法布里-珀羅溫度傳感器6，所述光纖法布里-珀羅溫度傳感器6的反射光接入光纖傳感分析儀4，光纖傳感分析儀4掃描采光譜信號(hào)，傳輸?shù)接?jì)算機(jī)7，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理部分實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解調(diào)。
[0017]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):1、本實(shí)用新型提出的光纖法布里-珀羅溫度傳感器，利用雙膜熱撓曲效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)溫度傳感。與利用硅的熱光效應(yīng)制作的傳感器相比，測(cè)溫范圍廣。采用雙波長(zhǎng)法解調(diào)反射光信號(hào)，精度高。2、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)小巧，傳感器采用硅膜與光纖靜電鍵合加工，外部尺寸與光纖外徑一致。整個(gè)金屬膜片加工過(guò)程采用微機(jī)電工藝，適合批量生產(chǎn)，F(xiàn)-P腔的腔長(zhǎng)可根據(jù)腐蝕速率，控制腐蝕時(shí)間，得以加工制作。
[0018]因此，借助本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)制作簡(jiǎn)便，精度高，靈敏度高，可靠性好的光纖法布里-珀羅溫度傳感器，并可應(yīng)用于油田、煤礦等惡劣環(huán)境中。本實(shí)用新型的光纖法布里-珀羅溫度傳感器還可以對(duì)制作硅基的壓力或其他物理量的傳感器起到良好的溫度補(bǔ)償作用。
[0019]以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖法布里-珀羅溫度傳感器，包括傳導(dǎo)光纖和第一、第二金屬膜片，所述傳導(dǎo)光纖在端部形成凹槽，第二金屬膜片設(shè)于傳導(dǎo)光纖的該端部表面，凹槽與第二金屬膜片形成法布里-珀羅腔，所述第二金屬膜片的外側(cè)設(shè)有第一金屬膜片，第一和第二金屬膜片構(gòu)成雙金屬膜；其特征在于:所述第一和第二金屬膜片分別采用單晶硅和鋁。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光纖法布里-珀羅溫度傳感器，其特征在于:所述傳導(dǎo)光纖采用硼硅酸鹽光纖。
3.如權(quán)利要求1所述的一種光纖法布里-珀羅溫度傳感器，其特征在于:所述凹槽是傳導(dǎo)光纖通過(guò)濕法腐蝕工藝腐蝕出的凹槽。
4.如權(quán)利要求1所述的一種光纖法布里-珀羅溫度傳感器，其特征在于:所述傳導(dǎo)光纖通過(guò)靜電鍵合工藝與第二金屬膜片結(jié)合在一起。
5.如權(quán)利要求1所述的一種光纖法布里-珀羅溫度傳感器，其特征在于:第一金屬膜片通過(guò)濺射或鍍膜形成于第二金屬膜片的外側(cè)。
【文檔編號(hào)】G01K11/32GK204154417SQ201420617981
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】葛益嫻, 王婷婷, 張加宏, 張闖 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)