新型結構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八十年代開始發(fā)展，現(xiàn)已成為傳感領域一個研究熱點。此類傳感器結構簡單、測量精度高、抗電磁干擾、化學性質穩(wěn)定，且普遍體積小、質量輕，便于集成傳感網絡，能在狹窄空間和惡劣環(huán)境下正常工作，在工程建設中具有很大的應用價值。微機電系統(tǒng)(MEMS)微細加工技術的發(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-珀羅微壓傳感器結構，制作過程中采用了近紫外光刻、磁控濺射鍍膜、硅片濕法腐蝕、

2、陽極鍵合等多項MEMS工藝。
　　設計并制作了基于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。借助仿真軟件對波紋膜的波紋寬度、波紋高度、波紋間距等參數(shù)進行了優(yōu)化。制作完成的傳感器在0～0.1MPa范圍內靈敏度達到705.6μm/MPa。設計采用MEMS工藝，通過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、面可以通過控制勻膠速度來控制膠層厚度，從而控制F-P腔腔長。經實驗測試，該傳感器的線性度高、重復性好、遲滯誤差小。利用傳感器溫度特性穩(wěn)定，腔長隨溫度變化呈線性的特點，對傳感器進行了粗略的溫度補償。
　　設計并制作了基于45度光纖的復合法布里-珀羅干涉腔微壓傳感器，實現(xiàn)了溫度補償。該傳感器利用了45度光纖結構在傳感頭中形成三個反射面，分別是光纖的纖芯包層分界面、光纖側壁和硅敏感膜。前兩者組成第一個F-P干涉腔，腔長僅隨溫度變化;后兩

4、者組成第二個F-P干涉腔，腔長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，可以利用兩個腔長的變化關系進行溫度補償，補償效果明顯。實驗表明，該傳感器在0～0.1MPa范圍內的靈敏度為60.9μm/MPa，遲滯誤差小，線性度好。
　　設計并制作了基于光纖法蘭盤結構的法布里-珀羅微壓傳感器。該傳感器結構簡單，價格低廉，工作穩(wěn)定。設計采用硅膜-玻璃環(huán)-光纖結構，利用了商業(yè)法蘭盤和跳線，可以直接進行光線的固定與對準。玻璃環(huán)進