基于氧化锆陶瓷的光纤F-P腔压力传感器研究
光纤F_P腔压力传感器的研究进展
oi光纤 F-P 腔压力传感器的研究进展韩冰，高超( 中航工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095)摘 要: 光纤 F-P 腔压力传感器因其独有的优点广泛应用于军事、民用领域。
国内外诸多高校、科研院所都 在对其进行研究。
本文介绍了光纤 F-P 腔压力传感器的研究进展，对全光纤结构 F-P 压力传感器、激光加工微型 光纤压力传感器、二氧化硅膜片压力传感器的结构和制作过程进行了总结，并对利用 MEMS 制作压力传感器的工 艺进行了详述，对比分析了不同加工工艺下传感器的性能及其优缺点。
关键词: 光纤压力传感器; Fabry-perot 腔; MEMS 工艺 中图分类号: TP212文献标识码: A文章编号: 1674 － 5795 ( 2012) 02 － 0005 － 06Research Progress of Optical Fiber Type Fabry-perot Pressure SensorHAN Bing ，GAO Chao( Changcheng Institute of Metrology ＆ Measurement ，Beijing 100095，China)A b s t r a c t : T he Fabr y -per o t ( F -P ) ca v it y pressure sens o r has been w idel y used in m ilitar y and ci v il f ields. It is researched b y m an y d o m es - tic o r f o rei g n uni v ersities and research institutes. T he research pr og ress o f the o ptical f iber t y pe F -P pressure sens o r is intr o duced ，and the struc - tures and m anu f acturin g pr o cesses o f F -P pressure sens o r ，the laser pr o cessin g m iniature f ibre -o ptical pressure sens o r and the f ull o ptical f iber structure silic o n diaphra g m pressure sens o r are su mm ari z ed. T he techn o l ogy o f usin g M E M S t o pr o duce pressure sens o r is described in detail. T he sens o r per f o r m ance and its ad v anta g es and disad v anta g es in di ff erent pr o cessin g techn o l ogy are c o m pared and anal yz ed.Key words : optical fiber pressure sensor; Fabry-perot cavity; MEMS technology0 引言光纤传感器技术起步于上世纪 70 年代末，是伴随 着光纤通讯技术的发展而发展起来的，由于其具有信 号不受电 磁 场 干 扰、 绝 缘 性 高、 防爆性好等诸多优 点［1 － 2］，目前在民用和军事领域都有着越来越广泛的应用前景。
光纤F-P腔传感器特性研究
（ Ｆ ａ ｃ ｕ ｌ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｋｕ ｎ ｍｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ
ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｗａ ｖ ｅ ｓ， ｎ ｏ ｕｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｗａ ｖ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｍｅ ｒ ｓ ｅ ｄ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ ｏ ｉ ｌ ｉ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ， ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｓ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈｅ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎｉ ｃ ｗａ ｖ ｅ ｓ ２０， ４０， ６ ０， ８ ０， ９ ０， １ ０ ０ ｃ ｍ． Ｔｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｉ ｓ ｆ ｒ ｅ ｅ ｏ ｆ
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传感器 与微 系统（ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ）
２ ０ １ ７年 第 ３ ６卷 第 ４期
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． １ ３ ８ ７ ３ ／ Ｊ ． １ ０ ０ ０ － － ９ ７ ８ ７ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ４ ００ － ６ ８ － ０ ３
基于光子晶体光纤F-P腔的高压电器温度传感器系统
第24卷第2期2011年2月传感技术学报CH I N ESE JOURNAL OF SE N S ORS AND ACT UATORSVo.l 24 No .2Feb .2011项目来源:浙江省科技厅科技计划项目(2007C31025),温州市科技局科技计划项目(G2*******)收稿日期:2010-08-01 修改日期:2010-09-25The Te mperature Sensor Syste m for t he H igh Volt age Apparatus Based on t he Photonic Crystal Fi ber Fabry Perot Cavity*Q IAN X iangzhong*(Colle g e of Physi c s and E lectron ic Informa tion Eng i neer ,W e nzhou Un i versit y,W enzhou Z heji ang 325027,China )Abst ract :The te m pera t u re sense syste m used on te mperature m easure for the h i g h vo ltage apparat u s is presented based on the characteristics of narro w band filtering of the pho ton ic crystal fiber(PCF)Fabry Perot(F P)cavity and li q u i d cr ystal re fractive index sensitive to te m perature .The syste m is consi s ted of t h e opti c source ,li q u i d crystalsfilling F P cav ity te m perature sensor of PCF ,fi b er F P cav ity filter ,si g nal a m plification c ircu its and d isp lay m odule .The te m perature m ay be real ti m e m easured based on t h e w aveleng th o f the m ax i m um optica l po w er po i n t change o f PCF F P cav ity w hich the ne m atic liquid crysta ls filled in ,w ave length changed represented by fi b er F P cavity fil ter ,the relati o n of li q u i d cr ystal refractive i n dex w it h te m perature ,and da ta pr ocessing .The sense syste m is spec i a l su it to the h i g h voltage apparatus te m perature on li n e as it has the perspective of the i n trinsica ll y safe ,h i g h preci si o n ,h i g h e lectrical i n su lation and anti electro m agnetic i n terference .The co mparative tests w ith W ZPB -1type standard p l a ti n um resistor ther m o m eter sho w that the m easuring accuracy of th is syste m is better than 0.1 be t w een 25 and 90 .K ey w ords :optoelectron ics ;te m perature sense syste m ;pho ton ic crysta l fi b er Fabry Perot cavity ;h i g h vo ltage appa ratus ;ne m atic li q u i d crystalsEEACC :7230E ;4150D;7320R do:i 10.3969/j .issn .1004-1699.2011.02.026基于光子晶体光纤F P 腔的高压电器温度传感器系统*钱祥忠*(温州大学物理与电子信息工程学院,浙江温州325035)摘 要:基于光子晶体光纤F P 的窄带滤波特性和液晶折射率对温度变化敏感特性,提出了一种用于高压电器温度测量的温度传感器系统。
光纤压力传感器--【汉魅HanMei—课程讲义论文分享】
2005年第24卷第12期 传感器技术（Journal of Transducer Technology ）================设计与制造光纤压力传感器赵中华，高应俊，骆宇锋（暨南大学光电工程研究所，广东广州510632）摘 要：提出一种记数法布里珀罗（F-P ）腔的干涉条纹的光纤压力传感器，可以用于易燃、易爆的环境。
阐述了它的设计原理、参数的设置和误差的讨论及改进。
试验结果表明：光纤F-P 腔脉冲计数压力传感器结构简单、成本低、抗干扰能力强，具有很大的测量范围和分辨力，分别达到10m 和0.02%。
关键词：光纤压力传感器；法布里珀罗腔；干涉条纹中图分类号：TP212.14 文献标识码：A 文章编号：1000-9787（2005）12-0049-03Fiber-optic pressure sensorZHAO Zhong-hua ，GAO Ying-jun ，LUO Yu-feng（Inst of Photoelectricity Engin ，Jinan University ，Guangzhou 510632，China ）Abstract ：A fiber-optic pressure sensor by counting interference stripe of Fabry-Perot （F-P ）cavity is introduced ，which can be used in some inflammable and explosive circumstance.The principle and the configuration parameters design of the sensor are described.Factors of error and future improvements are discussed.Experiment result shows the fiber-optic sensor with F-P cavity is simple in design ，low in cost ，excellent in anti-interference ability and precise in pressure detecting.It can reach 10m in measurement range and 0.02%in accurancy.Key words ：fiber-optic pressure sensor ；Fabry-Perot （F-P ）cavity ；interference stripe0 引 言光纤F-P 传感器作为微位移传感器具有尺寸小、结构简单、测量精度高和灵敏度极高的特点，已得到了广泛的应用。
膜片式微型F_P腔光纤压力传感器
第17卷 第12期2009年12月光学精密工程Optics and P recision EngineeringVo l.17 No.12 Dec.2009收稿日期:2009-01-15;修订日期:2009-02-18.基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.60677010)文章编号 1004-924X (2009)12-2887-06膜片式微型F -P 腔光纤压力传感器于清旭,贾春艳(大连理工大学物理与光电工程学院,辽宁大连116024)摘要:为满足工业和生物医学领域对微型化传感器的需求,实验研究了基于F abr y -P erot(F -P)干涉仪原理的膜片式微型光纤压力传感器的制作工艺。
在单模光纤端面上直接熔接外径约175L m 的毛细石英管,在石英管的另一端制作敏感膜片,从而使光纤端面与膜片内表面之间形成F -P 干涉腔。
采用电弧熔接、切割、腐蚀膜片等方法制作了石英膜片式压力传感器,该传感器在0~3.1M Pa 内F -P 腔的腔长变化灵敏度为41.09nm/M Pa,压强测量分辨率为681P a,并具有很小的温度敏感系数。
在30~140e ,温度交差敏感<1.07kPa/e 。
为了克服石英膜片减薄困难的缺点,选用聚合物材料(PSQ )作为压力敏感膜片制作了F -P 传感器。
室温下在0.1~2.1M Pa,PSQ 膜片的F -P 腔长变化灵敏度达到1886.85nm/M P a,压强测量分辨率达到53Pa,十分接近人类或其他动物的体内压强测量水平。
关 键 词:光纤Fabr y -Per ot 腔;微型压力传感器;石英膜片;聚合物膜片中图分类号:T N 253 文献标识码:ADiaphragm based miniature fiber optic pressure sensor with F -P cavityYU Q ing -x u,JIA Chun -yan(S chool of P hy sics and Op toelectronic Engineer ing ,D alian Univer sity of Technology ,Dalian 116024,China)Abstract:In order to meet the r equirements of both industry and biomedicine fo r miniature pressur e senso rs,the m iniature fiber optic pr essure senso rs based on Fabr y -Per ot (F -P)interfer ometric princ-i ple are manufactured.A piece o f ho llow fiber w ith a 175L m outer diam eter is fused directly onto a f-i ber tip and a thin diaphragm is fused onto the other end o f the hollow fiber ,then the F -P cavity is form ed betw een the fiber tip and the diaphragm.An miniatur e entire quar tz fiber optic pressure sensor is fabricated by cleaving,fused splicing and etching.The pressure response of the sensor is tested,test results show that the cavity pressure sensitivity is 41.09nm /M Pa in the full pressure scale of 0-3.1M Pa,and the pressure reso lution is 681Pa.The tem perature sensitivity of the sensor has also been tested under atmospheric pressure,and a w eak temper ature dependence of 1.07kPa/e is o b -tained in the test temperature from 20e to 140e .Since it is hard to further decrease the thickness of the quartzose diaphragm,a polym er (PSQ)diaphragm is used as a pressur e diaphragm to increase the sensitiv ity of the sensor.The pr essure response of the PSQ diaphr ag m based sensor has also been tested under r oom temperatur e,it show s the cavity pressure sensitivity is 1886.85nm/M Pa in the full pressure scale of 0.1-2.1MPa,and the pressur e reso lution is 53Pa.T hese results ar e veryclosed to the reso lution o f the pressur e measurem ent in human being and animals.Key words:optical fiber Fabry-Perot cav ity;miniatur e pressure sensor;quartzose diaphragm;po lymer diaphragm1引言基于光纤Fabry-Perot(F-P)腔的压力传感器具有耐恶劣环境、抗电磁干扰、温度交叉敏感性小等特点,适于在医疗[1]、航空航天[2]、桥梁建筑[3]、高温油井[4]和国防[5-6]等领域的压力监测应用。
基于MOEMS敏感结构的非本征F-P干涉仪式光纤声压传感器
解 涛 1，杨 志 U 2 ，王 文 军 “3 ，吴 宇 4 ，刘 涛 4
( 1 . 中国电子科技集团公司第十三研究所，石家庄 050051; 2 . 专用集成电路重点实验室，石家庄 050051;
3 . 北京麦特达电子技术开发有限公司，北 京 100080; 4 . 电子科技大学信息与通信工程学院，成都 611731)
1 EFP I 基本感知原理是通 过 声 - 光 - 电 转 化 还 原 初 始 声 音 信 号 。 目前，
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解 涛 等 ：基 于 M O E M S 敏 感 结 构 的 非 本 征 F-P 干 涉 仪 式 光 纤 声 压 传 感 器
基于可调F-P腔的光纤气体传感器研究
保证测量的唯一性。“和％分别是气体吸收峰对应电
压。Ｋ，Ｋ分别是２个标准光栅对应电压。即使受温度影
响，ｎ，％，屹，圪的值会发生变化，但它们之间的距离不会
变化。根据粗调得到的Ｋ，Ｋ，可以算出ｎ和％的位置
兽瓦二＝匹》。；瓦譬二＝ｉ警２七：·蠡‘。（为为定定但值）），，
（【２ｚ）
以＝（屉。＋１）Ｋ—Ｉ｜｝－Ｋ，
围内，这套装置可测量多种气体的体积分数。
２．４信号处理
ｊ
在Ａ／Ｄ ２得到了包含气体体积分数信息的电压信号
后，可直接将一个完整的峰取出计算光强变化即可，但实践
表明：由于光强变化较弱，灵敏度有限。采用谐波分析的方
法进行数据处理。取出一个完整扫描周期的信号后。进行 傅立叶变换，得到直流分量、二次谐波。取两者之比消除光 强变化的影响，最后，标定得到气体体积分数。， ａ．实验结果
根据所定方案，选用了ｌ ５５０砌的ＳＬＥＤ对乙炔气体
体积分数进行了测量，气室体积约ｌ∞ＩＩＩＬ，信号采集部分采 用了北京优采公司的ＵＡ３０２Ｓ系列数据采集卡，该采集卡 Ａ／Ｄ转换分辨力为１６位。Ｄ／Ａ输出分辨力为１２位，精度完 全满足测量要求，上位机软件包括频谱分析利用Ｖｃ＋＋编 写。采用ｌ ｍＬ的医用注射器逐次向气室里注入乙炔气体， 得到气体体积分数与谐波分量关系如图３所示。
２００７年第２６卷第６期
传感器与微系统（Ｔｈ懈ｄｕｃｅｒ ａｌＩｄ Ｍｉｃ∞Ｂｙｓｔｅｍ ７Ｉｋｈｎｏｌｏｇｉ∞）
６３
基于可调Ｆ－Ｐ腔的光纤气体传感器研究
（武汉理工大学王光立 纤传新感，技刘术柱 研究，中徐心丹 。湖北武汉枷Ｏ）
摘要：设计了一种基于可调法布里一珀罗（Ｆ．Ｐ）腔的气体体积分数测量方案：引入标准光栅作为参考，解
效期较短等缺点，基于光纤传感的新一代气体传感器的研
光纤F—P腔压力传感器的研究进展
