光纤F_P腔压力传感器的研究进展
面向内燃机腔室压力监测的光纤F-P传感系统
1 研究内容 1.1 双 F-P 腔光纤压力传感器 1.1.1 原理分析 传感器结构如图 1 所示。利用厚度为 h1 的双抛硅的 两个反射面构成 FP1 结构，作为温度敏感单元；利用石英 膜片作为压力敏感单元。利用硅的外表面与石英膜片的内 表面构成腔长为 h2 的 FP2 结构。利用石英包层固定单模 光纤后，将其贴合在硅材料上。石英膜片和硅片都被固定 高硅玻璃上，形成完整的压力传感结构。
参考文ห้องสมุดไป่ตู้院 [1]S. Pevec and D. Donlagic, “Miniature all -fifiber Fabry -Perot
sensor for simultaneous measurement of pressure and temperature,”Appl. Opt., vol. 51, no. 19, pp. 4536 – 4541, Jul.
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内燃机与配件
面向内燃机腔室压力监测的光纤 F-P 传感系统
黄乐然曰李政阳
（哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，哈尔滨 150001）
摘要院本项目旨在实现内燃机腔室压力的精确监测，构建通过温度补偿，精确测量压力的光纤传感系统。利用串联 Fabry-P佴rot
（F-P）腔结构光纤传感器，在测量压力信号的同时监测腔室内的温度。利用光谱仪采集双 F-P 腔的干涉光谱后，使用结合 Buneman 频
FP1，FP2 与总长腔分别对应式（1）的第二、三和四项。因 此，通过合理设置可实现解调的初始腔长，即可实现两腔 腔长的监测，进而完成压力与温度信号的测量。
1.2 结合 Buneman 频率估计的 FFT 相位解调法 1.2.1 FFT 解调法 FFT 相位解调法将干涉谱信号变换到频域进行分析， 是针对双光束干涉的一种解调方法。以单 F-P 腔为例，其 干涉谱可简化为双光束干涉：
基于光纤F-P腔的湿度传感器研究论文
基于光纤F-P腔的湿度传感器研究论文基于光纤F-P腔的湿度传感器研究2010年4月题目基于光纤Fabry-Perot腔的湿度传感器研究英文The Research of Humidity Sensor Base on2009年5月中文摘要对于环境相对湿度的检测在许多地方都是十分有必要的，人们的日常生活和生产活动以及动植物的生长和生存，都与周围环境的湿度息息相关，家电、交通、到医疗、气象、工农业都需要进行湿度测量。
武器库易燃易爆物品存储仓库这些地方使用电子式湿度计是十分危险的，而且现今市场上的湿度计大多存在湿度测量精度不高的缺点。
光纤Fabry-Perot（F-P）传感器是基于F-P干涉原理制作的光学干涉传感器，传感信号是全光信号，可远距离传输不衰减，可适用与苛刻环境下的测量，光学干涉测量具有分辨率极高的特点有望实现高精度的相对湿度测量。
本文基于光纤F-P干涉原理在光纤端面镀膜研究开发光纤F-P腔湿度传感器。
以陶瓷插芯固定光纤端面，以增加薄膜对光纤端面的结合力，在光纤端面镀制银膜/多孔硅膜/银膜，以两层银膜构成一个F-P干涉结构，中间的多孔硅薄膜作为湿度敏感原件制作的光纤F-P湿度传感探头，并进行湿度测试实验对制作的湿度传感器性能进行验证。
针对上述内容本论文主要完成了下述研究工作：（1）光纤F-P干涉理论分析分析了多光束干涉理论、高精细度光纤F-P腔理论以及低精细度光纤F-P 干涉的传输损耗特性分析。
（2）光纤F-P腔的制作高效简单光纤F-P腔的制作方法是困扰光纤F-P腔传感器走向实用化的主要原因，本文利用磁控溅射在用陶瓷插芯固定的端面镀膜，通过对其制作工艺的研究来提高和完善传感器探头的制作。
（3）湿度敏感薄膜特性分析影响传感器探测精度除了F-P腔的反射薄膜制备效果之外还有湿度敏感薄膜的制备效果和其特性的影响，本文使用多孔硅薄膜制备的湿度敏感原件得到了很高的湿度响应特性。
（4）湿度传感器实验测试设计了光纤F-P腔湿度传感器实验测试系统，搭建实验光路测试了传感器对红外宽带光源入射时的光谱响应和单色激光光源入射时的光功率变化，并对测试结果数据进行分析得出湿度传感器的特性。
F-P光纤传感器的损耗特性分析及其研制
１ 传 感 器 的 结构
Ｅ Ｐ 光纤传感器光纤 间的耦合损耗有多 种原因 ， ＦＩ 比如 空气 隙 的存在 、 两光纤 间的横向偏 移 、 两光纤 端面 的夹 角 、 光纤端 面
维普资讯
２０ ７年
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓ ｕ ｎ Ｔ ｃ ｎｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｅ ｈ ｉ ｕ ｎ ｅ ｓ ｒ ｒ
２ ７ ００ Ｎｏ． ５
第 ５期
Ｆ—Ｐ光 纤传 感 器 的损 耗特 性 分 析及 其 研 制
光纤传感器是从 ２ 世纪 ７ 年代 飞速发展起来 的新 型传感 ０ ０ 器， 与传统传感器相 比， 它具有灵敏度 高 、 电磁干扰 、 抗 耐腐 蚀 、 容易实现分 布式测量 【 等优点 。而在众多 形式 的光 纤传感 器 １ ｊ 中，ａｒ ｅ ｔＦ—Ｐ 干 涉型光纤 传 感器 是一 个很 重要 的分 Ｆｂ ｙ—Ｐｒ （ ｏ ） 支， 因其结构简单灵 巧 、 体积小 、 安装简便 、 成本较低 ， 因此在微
Ｋｅ ｒ ｓ ｏ ｔ ａ ｆ ｅ ｅ ｏ ；ａ ｒ — ｅｏ ｎｅｆｒ ｍｅｅ ；ｎｅ ｉ ｏ ； ｎ ｈ ｏ ａ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ￣ ｐｉｌ ｉ ｒｓｎ ｒ ｆｂ ｙ ｐ ｒｔｉｔｒ ｏ ｔｒ ｉｔｎ ｔ ｌｓ ｌ ｇ ｃ ｖｔ ｃ ｂ ｓ ｅ ｓｙ ｅｔ ｆ ｙ
０ 引言
２ 损 耗分 析 与膜 反 射 率选 择
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅｅ ｉ ｉ ｔ ｉ ｏｓｗｈ ｎ ｔ ｅｌ ｈ ａ ｓｔｒ ｕ ｈ ｔｅｃ ｖｔ ｏ ｔ ｎ ｉ ａ ｒ － ｅ ｏ Ｉ ｔ ｆｒｍｅｅ 、 ｈｓｐ ｐ ｒｓ ｄｅ ｅ ｓｒ ｃ ： ｈ ｒ ｅ ｔ ｌ ｅ ｇ ｔ ｓ ｏ ｇ ａ ｉ ｆ ｒ ｓｃＦ ｂ ｙ Ｐ ｒ ｔ ｎ ｅ ｅｏ ｔｒ Ｔ ｉ ａ ｅ ｔ ｉｄ ｔ ｓｎ ｎ ｙ ｓ ｓ ｈ ｉ ｐ ｈ ｈ ｙ Ｅ ｉ ｘ ｒ ｕ ｈ ｃ ａａ ｔｒ ｔ ｔ ｉ ｓ ， ｄ ｔｅ ｒｓ ｎｅ ｅ ｒ ｌｔ ｎ ｈｐ ｂ ｔ ｅ ｎ ｌｓ ｏ ｆｃｅ ｔａ ｄ ｔｅ ｌｎ ｔ ｆｔｅ ｃ ｖｔ Ｔ ｅ ｌｓ ｅ ｏ ｓ ｈ ｒｃｅｉｉ ｏ ｉ ｅ ｔ ｌ ｓ ａ ｎ ｐ ｅｅ ｔｄ ｔ ｅａｉｓ ｉ ｅ ｗ ｅ ｓ ｃ ｅｆ ｉｎ ｅ ｇｈ ｏ ａ ｉ ｈ ｏ ｓｂ ｃ ｍｅ ｓ ｃｆ ｎ ｎ ｙ ｏ ｎ ｈ ｓ ｈ ｏ ｏ ｉ ｎ ｈ ｈ ｙ． ｌｒｅ ｐｄｙ ｗｉ ｈ ａ ｉ ｅ ｇｈ ｂ ｃ ｍｉ ｇｌｎ ｅ ． ｅ ｈ ｕ ｐ ｔ ｉｎ ｌ ｏ ｔ ｓ ｒａ ｈ ｓｉ’ ａ ｉ ｍ，ｈ ｅａｉｎ ｈ ｐ ｂ ｔ ｅ ｎ ｔｅ ａｇ ｒｒ ｉｌ ｔ ｔｅ ｃ ｖｔ ｌｎ ｔ ｅ ｏ ｎ ｏ ｇ ｒ Ｗｈ ｎ ｔｅ ｏ ｔ ｕ— ｇ ａ— ｎ ｒ ｔ ｅ ｃ ｅ ｔＳ ｍ ｘｍｕ ｔｅ ｒｌｔ ｓ ｉ ｅ ｗ ｅ ａ ｈ ｙ ｓ ｃ ａ ｏ ｈ
基于F_P腔的光纤光栅传感器波长移位量的检测
收稿日期:2010-10-18.光电技术应用基于F P 腔的光纤光栅传感器波长移位量的检测杨 颖1,2(1.上海理工大学光电功能薄膜实验室,上海200093;2.临沂师范学院信息学院,山东临沂276005)摘 要: 对构成法布里 珀罗腔(F P 腔)的光纤布喇格光栅的传输特性进行了分析,推导了F P 腔的光强透射率和反射率的解析表达式。
将F P 腔内一个光纤布拉格光栅的背面贴一压电陶瓷,通过给压电陶瓷施加扫描电压使透过F P 腔的光的波长发生改变。
光纤光栅受应力、应变及温度的影响时,其反射波长要发生相应变化,当探测器探测到最大光强时,根据给压电陶瓷施加的电压变化量就可确定布喇格光栅反射波长的移位量,测量精度可达到0.01nm 。
关键词: 光纤布拉格光栅;F P 腔;光纤光栅传感器;光强透射率;波长移位量中图分类号:T N253 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2011)03-0439-03Measu rement of Wavelength Shift of Fiber Bragg Grating Sensors Based on Fabry Perot CavityYANG Ying 1,2(boratory of Photo electric Functional Films,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,C HN;2.School of Electronic Information,Linyi Normal University,Linyi 276005,CHN)Abstract: Transm ission characteristics of the fiber Br ag g g ratings composing Fabry Perot (F P)cavity w ere analy zed,and the analytical ex pression of transm ission and reflection o f thelight intensity of F P cavity w as deduced.A piece o f piezoelectric cer am ic w as posted on the back of one of the tw o fiber Bragg g ratings,then the w aveleng th of transmitted light of F P cavity w ould chang e by applying a scanning v oltag e to the piezoelectric ceramic.When the fiber grating w as effected by the stress,strain and tem perature,its reflection w aveleng th chang ed cor respo nding ly.When the detector detects the maxim um intensity,the amount of w avelength shift of fiber Bragg gr ating can be determ ined by analyzing the variation of the vo ltage applied to the Piezo electr ic cer am ic,and the precision can reach to 0.01nm.Key words: fiber Bragg g rating;F P cavity;fiber Br ag g g rating sensors;rate of light tr ansm issio n;amount of w avelength shift0 引言光纤光栅是利用光纤材料的光敏性用紫外光侧面或相位掩模的方法在纤芯内形成的空间相位光栅,其作用实质上是在纤芯内形成一窄带滤光器或反射镜[1 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。
F_P光纤压力传感器的温度特性研究
λ′1 ,Δλ= |λ1 - λ′1 | 。由于λ1 在波谷 ,因此满足 :
2s = ( m + 1/ 2)λ1
2s′= ( m + 1/ 2)λ′1
两式相减 :2Δs = ( m + 1/ 2)Δλ= 2sΔλ/λ1 ,所以 :
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Key words : optical fiber senso r ; Fabry2Perot interfero meter ; cavit y lengt h ; temperat ure characteristic ; open cavit y
1 引言
Fabry2Perot ( F2P) 干涉型光纤传感器因其结构 简单灵巧 、体积小 、安装简便 、成本较低 ,在微机电系 统[1 ] 、超声探测[2 ,3 ] 、压力测量[4 ] 、生物医学[5 ] 、磁场 测量[6] 等领域具有广阔的应用前景 。
3. 2. 2 腔内空气热膨胀
非 本 征 F2P 干 涉 仪 ( ext rinsic Fabry2Perot
interfero meter , EFPI) 中间是空气腔 ,腔内空气在体
积不变的情况下满足下面的方程 :
Pt = P0 (1 + 1/ 273)
(6)
式中 , P0 是 0 ℃时的标准大气压 , t 是当前温度 , Pt
从图 1 中可以看出 ,光程差是腔长的两倍 ,因此 腔长变化范围需限定在光波波长的十二分之一 ,取 λ= 1 550 nm ,则传感器工作在线性区时腔长的最大 变化范围是 129. 17 nm 。也就是传感器从零到满量 程 ,F2P 腔将产生 129 nm 的腔深度改变 ,将此值代 入式 (2) ,可求出传感器测量压强的上限值为 280 k Pa ,相当于 28 m 的水位高度 。
光纤F-P腔传感器波分复用技术研究
光纤F-P腔传感器波分复用技术研究段玉培;张立喆;盛晓岩;黄彩霞【摘要】描述了一种光纤F-P传感器的多路复用解调技术,该技术采用一个4通道的粗波分复用器( CWDM)和一个40通道的密集型波分复用器(DWDM)构成多路复用系统,利用探测器对系统输出光能量进行检测,通过插值法对采集信号进行拟合计算,解调出反射光谱的波长值,实现了4支具有相同参数的F-P腔传感器的同时解调.【期刊名称】《计测技术》【年(卷),期】2011(031)004【总页数】5页(P19-22,25)【关键词】F-P腔;波分复用;插值法【作者】段玉培;张立喆;盛晓岩;黄彩霞【作者单位】中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095;中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095;中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095;中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095【正文语种】中文【中图分类】TP212.140 引言近年来，光纤F-P腔传感器在制作及信号处理方面已经趋于成熟，可应用于应变、温度、压力、折射率等物理量的测量［1］。
在传感器的实际应用中，如果一套解调系统只能监测一个传感器的状态，往往会带来较高的测量成本，因此，复用技术成为光纤F-P传感器实用化发展的研究热点之一。
从复用的结构来说，常用的复用结构包括串联复用结构、并联复用结构和串并联混合型的复用结构。
与串联复用相比，并联复用在结构上相互独立，当其中一个传感器遭到破坏时不影响其它传感器工作，稳定性较好，且输出信号简单，易于分析。
本文采用两个波分复用器:4个通道的粗波分复用器 (CWDM）和40个通道的密集型波分复用器(DWDM），通过探测器对每一个DWDM的通道能量变化进行采集，并对采集的数据进行计算，证明了所构成的多路复用系统可以对4支传感器同时进行解调，实现了4支传感器的并联复用。
1 光纤F-P腔的基本原理光纤F-P腔是从F-P干涉仪发展而来的，其基本结构如图1所示。
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。
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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。
例如，在医学领域，利用光纤压力传感器 进行颅压、胸压、腹压等的测量可以最大限度地减小 患者手术的风险; 而在进行断层扫描 ( CT) 及核磁共 振 ( NMR) 时，它依旧可以准确地测量病患部位的压力，突出了其抗电磁干扰的特性。
本文以传感器的加 工工艺、结构为重点，综述了几种常用的 F-P 腔光纤 压力传感器结构及其制作技术。
1 光纤 F-P 腔压力传感器原理光纤 F-P 腔，这样就形成了光纤 F-P 腔传感器。
图 1 光纤 F-P 腔压力传感器结构示意图当传感头受到外界均匀分布的压力时，其腔体轴 向变形表达式［1］为ΔPlr2 Δl = oE ( r 1 － r 2 ) ( 1 －2μ) ( 1)光纤 F-P 腔压力传感器的基本结构示意图如图 1 所示，将两根光纤的端面作为反射面，使两光纤端面 严格平行、同轴，与中空光纤形成一个腔长为 l 的密封收稿日期: 2012 － 01 － 09; 收修改稿日期: 2012 － 01 － 16 作者简介: 韩冰 ( 1983 － ) ，助理工程师，硕士，从事与计量、 测试相关的工作。
式中: ΔP 为腔体内外压强差; l 是腔体长度; r i ，r o 分 别是腔体内、外半径; E 为腔体材料的杨氏模量; μ 为 泊松比。
当腔体长度 l 一定时，其变形量与所受的压强成正 比，而腔体长度的变化影响到光纤内入射光与反射光的光程差，利用光电探测器等即可实现对光信号的解调，并最终实现对压力的测量。
2 常用光纤F-P 腔压力传感器结构及制作工艺国内外诸多科研机构( 例如: 南京师范大学物理科学与技术学院; 美国的弗吉尼亚理工学院、斯坦福大学应用物理系; 英国爱丁堡的赫瑞瓦特大学; 斯洛文尼亚的马里博尔大学等) 基于传感器材料、制作方法等的不同，已经研制出多种光纤F-P 腔压力传感器。
2. 1 全光纤结构F-P 压力传感器全光纤结构F-P 压力传感器［3］为毛细管结构，是基于非本征型法布里－珀罗干涉仪( Extrinsic Fabry-Perot Interferometer，EFPI) 结构的光纤传感器。
此类传感器由单模及多模光纤通过焊接而成，如图2所示。
图2 全光纤结构压力传感器全光纤结构F-P光纤压力传感器首先将刻蚀得到的中空光纤与单模光纤熔接在一起，然后对单模光纤( S M F-28)与多模光纤进行刻蚀或拉伸，使其外径相同，并利用电弧热熔技术进行熔接，将熔接好的单模光纤( S M F-28)与多模光纤插入中空光纤，如图2所示。
导光光纤(单模光纤)与多模光纤端面间即形成F-P腔体，利用白光干涉仪和微调机构监测并调整F-P 腔的长度，当F-P长度达到设计要求后，固定单模光纤和多模光纤插入的位置，并与中空光纤焊接在一起，即可完成传感器的制作。
全光纤结构压力传感器的主要技术指标如下:压力分辨力为689.5Pa(0.1psi)，温漂为179.14Pa/℃(0.026psi/℃)，压力量程可以做到103.4M Pa，灵敏度可以做到0.2175n m/kPa (1.5n m/psi)，外径125μm。
制作过程中存在的难点是控制敏感部分即中空光纤的长度、所用材料物理性能的一致性;控制中空光纤的制备质量;各个光纤段的焊接以及端面反射率的控制等。
由于全光纤结构F-P 光纤压力传感器的主体部分全部采用光纤材料，因此其主要特点是具有很好的热稳定性能。
全光纤结构F-P 腔压力传感器具有不受温度影响、不受电磁场影响、耐腐蚀、耐高温等优点;与光纤顶端振动膜式传感器相比具有更容易制造、抗摩擦、拥有更大的量程等优点。
由于制造原因的限制，全光纤结构F-P 腔压力传感器的尺寸略大于一般的微型F-P 腔压力传感器，这是这种传感器最大的缺点。
全光纤结构压力传感器技术成熟，制作工艺相对简单，通过选择适当的光纤、中空管材料和F-P 腔结构参数，使得在压力测量中能够对大范围温度变化影响作自动补偿，即具有较小的应变－温度交叉灵敏度。
目前该类光纤传感器被广泛应用于不同领域的应力、应变、压力、温度等物理量的测量，主要为介入式血压测量、植入材料内部进行的应力监测、油井内的压力监测等。
2. 2 激光加工微型光纤压力传感器激光微加工技术及纳米加工合成膜技术为研究新一代光通信器件和光纤传感器等提供了新的技术手段。
激光微加工技术一般有两种方案: 一种是减小激光脉冲宽度，如飞秒激光; 另一种是采用短波长激光，如准分子激光［4 －6］。
利用激光加工的微型光纤压力传感器主体结构为全石英材料，其典型结构示意图如图3 所示。
图3 激光加工微型压力传感器激光加工微型光纤压力传感器首先利用激光对单模光纤端面刻蚀，再对刻蚀进行覆膜形成F-P 腔体。
激光加工装置如图4 所示，使用柱面镜将准分子激光器输出光束准直、整形为3 cm × 3 cm的光斑，然后进入6 cm ×6 cm 聚焦矩阵透镜，再进入空间滤波器，再次进入6 cm × 6 cm 聚焦矩阵透镜，最终得到光强在1 cm 长度范围内均匀分布且形状为方形的光束。
将待刻蚀的光纤固定在玻璃毛细管中，利用三维坐标装置夹持移动，使通过模板的激光在每个光纤表面完成刻蚀，得到直径30 μm 或70 μm 的凹孔。
F-P 腔的覆膜利用聚碳酸酯制成，将聚碳酸酯薄片拉伸成直径为25 cm 的饼状，同时将一环状圈紧套在聚碳酸酯薄片上，以保持其拉紧状态，然后将更小的圆环涂抹上环氧胶粘在薄片上，通过重力拉紧薄片，并在胶固化后剪下，为更好的控制端面反射，在薄片上阳极化100 nm 的铝。
将光纤一端靠近薄片，涂抹紫外固化胶，通过机械控制和显微镜观察控制顶紧薄片，最终固化、穿破得到传感器。
在整个传感器制作过程中，激光强度及三维夹持装置的稳定性都可以利用计算机进行实时反馈控制，其难点主要是如何消除光纤的底面影响反射和紫外固化胶的涂抹。
图4 激光加工装置激光加工微型光纤压力传感器的压力响应时间可以达到3 μs，振动膜材料采用铝覆盖的聚碳酸脂薄片压力可以达到2 kg，其最大的优点是响应时间快。
所以，激光加工微型光纤压力传感器主要应用领域为生物医药、压气机内部压力监测、油井内的压力监测等。
模仿发达国家为主，缺乏创新，没有自主知识产权。
2. 3 二氧化硅膜片压力传感器上世纪七八十年代，国外已经提出基于膜片设计的光纤F-P 压力传感器结构，光学反射平面采用的是对压力敏感的膜片，当膜片随着压力的变化产生位移时，F-P 腔的腔长也随之发生变化，全光纤结构二氧化硅膜片压力传感器结构如图5 所示。
图5 全光纤结构二氧化硅膜片压力传感器全光纤结构二氧化硅膜片压力传感器制作流程如图6 ( a) ，( b) ，( c) ，( d) 所示。
将外径相同的单模光纤和多模光纤熔接在一起，然后切割多模光纤至40 μm，对多模光纤的另一个端面进行刻蚀，刻蚀完成后，与另一单模光纤熔接。
熔接后，先利用比长仪切割单模光纤，使其厚度不大于20 μm; 然后再利用氢氟酸腐蚀减薄膜片。
在进行膜片刻蚀的时候使用如图7 所示的压力容器装置进行实时监测，以便得到设计的灵敏度。