一種基于f-p干涉原理的光纖高壓傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于光纖傳感領域，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】
[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(shù)據(jù)的精度、生產(chǎn)環(huán)境的安全、工業(yè)產(chǎn)品的質量。
[0003] 在現(xiàn)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] 本實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，本實用新型采用的技術方案是：
[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(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行 密封連接，實現(xiàn)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] 本實用新型具有的優(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;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；傳感器結構簡單，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是本實用新型的結構示意圖
[0012] 圖2是本實用新型的俯視圖 [0013]圖3是本實用新型的仰視圖
[0014] 圖4是本實用新型的傳感膜片結構圖
[0015] 圖5是本實用新型的傳感頭單元結構圖
[0016] 圖6是本實用新型的實施例系統(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、信號處理模塊 18、解調單元
[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
【具體實施方式】
[0026] 如圖1、2、3所示，本實用新型一種基于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(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構成本實用新型傳感器的殼體封裝； 參照圖4所示，傳感硅片10和Pyrex玻璃基底12經(jīng)陽極鍵合構成傳感膜片6,兩者之間為經(jīng) 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(jīng)環(huán)氧樹 脂膠粘接構成傳感頭單元。
[0029] 本實例的工作過程：
[0030]參照圖6所示，將本實用新型光纖高壓傳感器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(jīng)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(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。 [0033]白光LED光源13發(fā)出的光，經(jīng)3dB耦合器14進入本實用新型傳感器16。光線經(jīng)F-P腔 11調制，帶有F-P腔腔長信息的反射光再次經(jīng)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 (XD 19輸出的電信號再經(jīng)信號處理模塊17處理，解調出此時的壓力值。
[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。
[0035] 以上對本實用新型的一個實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本實用新型的 較佳實施例，不能被認為用于限定本實用新型的實施范圍。凡依本實用新型申請范圍所作 的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本實用新型的專利涵蓋范圍之內。
【主權項】
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】本實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，使其可以應用于海洋、油井等惡劣環(huán)境的壓力探測中；無源光傳感抗電磁干擾性強，且僅需對低功率光源供電；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；傳感器結構簡單，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】CN205228702
【申請?zhí)枴緾N201521064469
【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