本實用新型專利技術公開的一種一體式光纖F?P腔壓力傳感器,包括一個桶狀封裝外殼（1）、設置在所述封裝外殼筒體中的壓力膜片（2）、固定連接在所述壓力膜片端底下的復合介質膜（3）和與插芯（5）端部凹槽底平面齊平，穿過插芯伸出所述封裝外殼底部外的光纖（6）。復合介質膜（3）軸向正對插芯頂端凹槽，制有應力釋放孔結構的壓力膜片（2）通過鍵合工藝結合將插芯凹槽封裝形成一個F?P諧振腔，插芯與壓力膜片以一體結構的固聯形式，通過周向連接的固聯構件（4）一體式裝配在上述封裝外殼（1）的筒體中。本實用新型專利技術采用頂制有凹槽的?插芯和壓力膜片通過鍵合工藝結合一體形成的F?P腔，省去了后續的激光焊接和膠粘貼工藝，同時減小了系統的熱內應力，提高了F?P壓力傳感器的性能。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光纖傳感
，特別是涉及一種高精度一體式光纖F-P腔的壓力傳感器。
技術介紹
光纖傳感器以光作為信息載體，以光纖作為信傳輸介質，對被測參量進行傳感測量。它具有結構簡單，體積小，高可靠性，高靈敏度，響應時間短，單光纖信號傳輸等優點受到人們普遍的關注，同時還在石油化工、航空航天及橋梁等建筑物的健康監測中有廣泛的應用前景，是目前的研究熱點之一。根據傳感器材料、制作方法等的不同，光纖F-P 腔壓力傳感器可分為全光纖結構和MEMS膜片式。全光纖結構F-P腔壓力傳感器的基本結構是將兩根光纖的端面作為反射面，使兩光纖端面嚴格平行、同軸，與中空光纖形成一個腔體。當腔體一定時，其變形量與所受的壓強成正比，而腔體長度的變化影響到光纖內入射光與反射光的光程差。由于全光纖結構F-P 光纖壓力傳感器的主體部分全部采用光纖材料，因此其主要特點是具有很好的熱穩定性能。但目前能夠在光纖端面制作技術仍存在工藝復雜、材料溫度和力學特性差等諸多缺陷， 所以全光纖結構F-P腔壓力傳感器不適合批量化生產，限制了其應用。上世紀七八十年代國外已經提出基于膜片設計F-P壓力傳感器結構，光學反射平面采用的是對壓力敏感的膜片，當膜片隨著壓力的變化產生位移, F-P腔的腔長也隨之發生變化。隨著技術的不斷成熟，光纖F-P壓力傳感器出現很多種不同結構,其中光纖MEMS壓力傳感器傳感器是其中一個重要的部分。進入21 世紀以來，微電子機械系統( MEMS) 技術在光領域中的應用非常引人注目，將光纖傳感技術和MEMS 技術相結合制作新型光纖MEMS 傳感器已經成為光纖傳感器制作領域的新熱點。MEMS 技術的引入，使得F-P 壓力傳感器的可靠性、抗電磁干擾以及抗腐蝕性都有提高，而且F-P腔MEMS 光纖壓力傳感器還具有尺寸小、準確度高、動態范圍大等諸多優點，同時，由于MEMS 器件適合于大規模集成化生產，一旦技術成熟，產品定型，可以大大降低傳感器的成本。隨著MEMS 技術的不斷成熟完善，國外多家高校及研究機構都進行了F-P 光纖MEMS 壓力傳感器的研究工作，并且出現了不同結構的F-P 光纖MEMS 壓力傳感器。其中一部分傳感器的壓力敏感膜是運用體硅工藝和表面犧牲層工藝制作的，還有一部分的傳感器是利用光纖腐蝕熔接工藝制作的。但是，目前光纖MEMS 壓力傳感器都是分立式結構，如中國專利公開號CN103644987 A, CN103698080 A,公開的F-P腔與導光光纖是通過膠粘結或二氧化碳激光焊接而成。這種分立式的光纖F-P壓力傳感器存在著以下幾個問題：1、由于膠同F-P腔和導光光纖之間熱膨脹系數的差異(激光焊接帶來的附加應力)，當溫度變化時，傳感頭內部應力發生變化，進而改變F-P腔的腔長，從而使得傳感器的零位和靈敏度漂移增加；2、這種分立式結構的F-P壓力傳感器存在著多個反射面，從而形成多個法珀諧振腔，使得輸出干涉光譜復雜，直接影響F-P壓力傳感器的解調精度(精度低于在0.5%)；3、硅材料的感壓膜片玻璃凹槽是通過陽極鍵合的方式連接而成，但是這兩種材料間的熱膨脹系數是不同的，這使硅感壓膜片由溫度效應產生形變，導致硅壓力膜片與壓力之間出現非線性，從而降低F-P壓力傳感器的精度；4、目前，F-P壓力傳感器的封裝方式是金屬外殼體直接與傳感頭焊接，這種方式一個最主要的缺點是溫度效應十分明顯，當溫度變化時，金屬外殼和傳感頭由于材料間的差異而產生附加的內應力，從而導致F-P腔的腔長的變化，使得F-P壓力傳感器的精度下降。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有技術存在的不足之處,提供一種壓力解調方便，精度高, 能夠避免附加應力的一體式光纖F-P腔的壓力傳感器。本專利技術的上述目的可采用如下技術方案來實現：一種一體式光纖F-P腔壓力傳感器,包括一個桶狀封裝外殼1、設置在所述封裝外殼筒體中的壓力膜片2、固定連接在所述壓力膜片端底下的復合介質膜3和與插芯5端部凹槽底平面齊平，穿過插芯伸出所述封裝外殼底部外的光纖6，其特征在于：復合介質膜3軸向正對插芯5頂端凹槽，制有應力釋放孔結構的壓力膜片2, 壓力膜片2鍵合區域和感壓區通過鍵合工藝結合將插芯5凹槽封裝形成一個F-P單諧振腔，插芯5與壓力膜片2以一體結構的固聯形式，通過周向連接的固聯構件4一體式裝配在上述封裝外殼1的筒體中。與現有的技術相比，本專利技術在技術上有較大的突破：本專利技術的主要特點是F-P諧振腔與導光的插芯是一體的。這種一體式結構的光纖F-P腔的壓力傳感器主要有兩個巨大的優勢：1)、它的諧振腔是單諧振腔，其反射光譜是一系列余弦調制的標準干涉峰，因此壓力解調非常方便，同時增加了整個系統的精度；2)、由于是一體式結構，可以避免由于激光焊接或者膠粘貼導致的附加應力。與傳統結構的F-P壓力傳感器相比，本專利技術的精度能達到萬分級，同時這種結構的F-P壓力傳感器工藝簡單，適合批量化制作。同時這種一體式結構的光纖F-P腔的壓力傳感器與封裝外殼之間是通過固聯構件連接的，它可以有效地緩解封裝外殼與壓力傳感器之間的應力，進而提高系統的精度。另外壓力膜片不但引入了應力釋放結構，還采用了復合介質膜，它們可以進一步提高本專利技術的精度。本專利技術采用頂制有凹槽的 插芯和壓力膜片通過鍵合工藝結合一體形成的F-P腔，省去了后續的激光焊接和膠粘貼工藝，同時減小了系統的熱內應力，提高了F-P壓力傳感器的性能。本專利技術在壓力膜片四周邊沿采用應力釋放結構。這些結構的主要作用緩解硅膜片與插芯之間熱失配而產生的內應力，從而提高系統的精度。本專利技術在壓力膜片的下端面鍍制反射率為30%的復合介質膜，這種復合介質膜具有較高的溫度穩定性。本專利技術插芯通過固聯構件與外殼筒體這樣的安裝殼體結合，固聯構件能夠充分釋放插芯和安裝殼體之間的熱應力。這種傳感器結構簡單、體積小、制作成本低、溫度-壓力交叉敏感性小、穩定性好。附圖說明圖1 為本專利技術一體式光纖F-P腔壓力傳感器的系統結構原理剖視圖。圖2 是本專利技術圖1的應力釋放結構示意圖，其中(a)為俯視圖，(b)為側視圖。圖3是圖1的原理圖。圖中: 1、封裝外殼，2、壓力膜片，3、復合介質膜，4、固聯構件，5、插芯，6、光纖，7、固定接頭。具體實施方式在如圖1 所示描述的一個最佳實施例中，一體式光纖F-P腔壓力傳感器由封裝外殼1，壓力膜片2，復合介質膜3，固聯構件4，插芯5，光纖6，固定接頭7組成。主要包括一個桶狀封裝外殼1、設置在所述封裝外殼1筒體中的壓力膜片2、固定連接在所述壓力膜片2端底下的復合介質膜3和與插芯5端部凹槽底平面齊平，穿過插芯伸出所述封裝外殼底部外的光纖6，光纖6通過固定接頭7伸出封裝外殼1筒體外。光纖6前端與壓力膜片2上的復合介質膜3形成一對反射面，并形成干涉條紋，通過測量條紋信息來測量外界壓力。復合介質膜3生長在壓力膜片2的背面作為光反射面，壓力膜片2與插芯5通過陽極鍵合連接形成F-P腔，插芯5通過固聯構件4與封裝外殼1連接，光纖6一部分插入插芯5，頂端與F-P腔的腔底平行，光纖一部分插入插芯，頂端與F-P腔的腔底端平行，光纖另一部分位于插芯外，作為傳導光纖與解調設備連接，并通過固定接頭7固定在安裝殼體1的下端。參閱圖2。壓力膜片的下端面鍍有反射率為30%的復合介質膜。壓力膜片的形狀可根據不同的封裝形式和系統精度的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種一體式光纖F?P腔壓力傳感器,包括一個桶狀封裝外殼（1）、設置在所述封裝外殼筒體中的壓力膜片（2）、固定連接在所述壓力膜片端底下的復合介質膜（3）和與插芯（5）端部凹槽底平面齊平，穿過插芯伸出所述封裝外殼底部外的光纖（6），其特征在于：復合介質膜（3）軸向正對插芯頂端凹槽，制有應力釋放孔結構的壓力膜片（2）,?壓力膜片（2）鍵合區域和感壓區通過鍵合工藝結合將插芯凹槽封裝形成一個F?P諧振腔，插芯（5）與壓力膜片（2）以一體結構的固聯形式，通過周向連接的固聯構件（4）一體式裝配在上述封裝外殼（1）的筒體中。
【技術特征摘要】
1.一種一體式光纖F-P腔壓力傳感器,包括一個桶狀封裝外殼（1）、設置在所述封裝外殼筒體中的壓力膜片（2）、固定連接在所述壓力膜片端底下的復合介質膜（3）和與插芯（5）端部凹槽底平面齊平，穿過插芯伸出所述封裝外殼底部外的光纖（6），其特征在于：復合介質膜（3）軸向正對插芯頂端凹槽，制有應力釋放孔結構的壓力膜片（2）, 壓力膜片（2）鍵合區域和感壓區通過鍵合工藝結合將插芯凹槽封裝形成一個F-P諧振腔，插芯（5）與壓力膜片（2）以一體結構的固聯形式，通過周向連接的固聯構件（4）一體式裝配在上述封裝外殼（1）的筒體中。2.根據權利要求1 所述的一體式光纖F-P腔壓力傳感器，其特征在于，光纖（6）前端與壓力膜片（2）上的復合介質膜（3）形成一對反射面，并形成干涉條紋，通過測量條紋信息來測量外界壓力。3.根據權利要求1 所述的一體式光纖F-P腔壓力傳感器，其特征在于，壓力膜片（2）的形狀是正方形、菱形、圓形或六邊形中的一種結構形狀。4.根據權利要求1 所述的一體式光纖F-P腔壓力傳感器，其特征在于，壓力膜片（2）的鍵合區域的應力釋放結構為正方形、菱形、圓形或六邊形通孔。5.根據權利要求1 所述的一體式光纖F-P腔壓力傳感器，其特征在于，壓力膜片（2）感壓區的應力...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫波，熊菠，梅運橋，
申請(專利權)人：成都凱天電子股份有限公司，
類型：新型
國別省市：四川;51
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