新型結(jié)構(gòu)的光纖的微壓傳感器的研究.pdf

1、光纖法布里-珀羅傳感器自上世紀(jì)八十年代開(kāi)始發(fā)展，現(xiàn)已成為傳感領(lǐng)域一個(gè)研究熱點(diǎn)。此類(lèi)傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、抗電磁干擾、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，且普遍體積小、質(zhì)量輕，便于集成傳感網(wǎng)絡(luò)，能在狹窄空間和惡劣環(huán)境下正常工作，在工程建設(shè)中具有很大的應(yīng)用價(jià)值。微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展為光纖法布里-珀羅(F-P)傳感器的制造提供了新的方法。本文提出了三種光纖法布里-珀羅微壓傳感器結(jié)構(gòu)，制作過(guò)程中采用了近紫外光刻、磁控濺射鍍膜、硅片濕法腐蝕、

2、陽(yáng)極鍵合等多項(xiàng)MEMS工藝。
　　設(shè)計(jì)并制作了基于45度光纖的法布里-珀羅波紋膜微壓傳感器，獲得了較高的傳感靈敏度。該傳感器采用金屬波紋膜作為敏感元件，其與厚度相同的無(wú)波紋膜片相比，在同等壓力下的形變量更大。借助仿真軟件對(duì)波紋膜的波紋寬度、波紋高度、波紋間距等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。制作完成的傳感器在0～0.1MPa范圍內(nèi)靈敏度達(dá)到705.6μm/MPa。設(shè)計(jì)采用MEMS工藝，通過(guò)SU-8膠兩次光刻制作光纖槽，一方面便于光纖的固定，另一方

3、面可以通過(guò)控制勻膠速度來(lái)控制膠層厚度，從而控制F-P腔腔長(zhǎng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該傳感器的線性度高、重復(fù)性好、遲滯誤差小。利用傳感器溫度特性穩(wěn)定，腔長(zhǎng)隨溫度變化呈線性的特點(diǎn)，對(duì)傳感器進(jìn)行了粗略的溫度補(bǔ)償。
　　設(shè)計(jì)并制作了基于45度光纖的復(fù)合法布里-珀羅干涉腔微壓傳感器，實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償。該傳感器利用了45度光纖結(jié)構(gòu)在傳感頭中形成三個(gè)反射面，分別是光纖的纖芯包層分界面、光纖側(cè)壁和硅敏感膜。前兩者組成第一個(gè)F-P干涉腔，腔長(zhǎng)僅隨溫度變化;后兩

4、者組成第二個(gè)F-P干涉腔，腔長(zhǎng)隨著外界壓力和溫度的變化一起發(fā)生變化。在外界溫度變化較大時(shí)，可以利用兩個(gè)腔長(zhǎng)的變化關(guān)系進(jìn)行溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償效果明顯。實(shí)驗(yàn)表明，該傳感器在0～0.1MPa范圍內(nèi)的靈敏度為60.9μm/MPa，遲滯誤差小，線性度好。
　　設(shè)計(jì)并制作了基于光纖法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)的法布里-珀羅微壓傳感器。該傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，工作穩(wěn)定。設(shè)計(jì)采用硅膜-玻璃環(huán)-光纖結(jié)構(gòu)，利用了商業(yè)法蘭盤(pán)和跳線，可以直接進(jìn)行光線的固定與對(duì)準(zhǔn)。玻璃環(huán)進(jìn)