一種膜片式光纖f-p腔壓力傳感器溫度補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種膜片式F-P腔壓力傳感器溫度補(bǔ)償方法，屬于光纖傳感和壓力測(cè)量及健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。首先選取玻璃7740材料制作腔底，同時(shí)采用硅制作F-P腔膜片，厚度為40μm；其次根據(jù)材料的熱膨脹系數(shù)，玻璃的為3.3×10-6，硅片的為2.4×10-6，同時(shí)考慮到與硅的親和性與柔韌性，選用鈦進(jìn)行真空濺射鍍膜，其熱膨脹系數(shù)為10.8×10-6，膜厚為100nm；然后采用研磨、拋光儀器對(duì)硅及玻璃表面進(jìn)行預(yù)處理，并采用高溫鍵合方法將兩者固定一起，腔體為真空環(huán)境；最后采用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑將傳輸光纖固定于腔底的下側(cè)。本發(fā)明流程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)可以代替復(fù)雜的軟件算法進(jìn)行的溫度補(bǔ)償。
【專利說(shuō)明】一種膜片式光纖F-P腔壓力傳感器溫度補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種膜片式F-P腔壓力傳感器溫度補(bǔ)償方法，屬于光纖傳感和壓力測(cè)量及健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光纖傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，其在工程測(cè)量中的應(yīng)用越來(lái)越為廣泛。相對(duì)于傳統(tǒng)壓力傳感器，光纖F-P腔壓力傳感器有其自身很多的優(yōu)點(diǎn)，如尺寸小，結(jié)構(gòu)形式多變，不受電磁干擾，可以在惡劣環(huán)境下工作等，目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、石油、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中。
[0003]由于光纖F-P腔壓力傳感器的結(jié)構(gòu)小巧，精確度高，結(jié)構(gòu)形式可以隨測(cè)量對(duì)象改動(dòng)，并且在不同的測(cè)量場(chǎng)合可以選擇合適的膜片材料。同時(shí)對(duì)于一些特殊的領(lǐng)域，工作環(huán)境苛刻，給傳感器提供的安裝空間也十分有限，所以光纖F-P腔壓力傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天及石油領(lǐng)域的壓力和液位的測(cè)量，以及橋梁、船舶等大型結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)中。
[0004]光纖F-P腔壓力傳感器的工作原理是外界壓力作用在敏感膜片上，膜片將發(fā)生變形，進(jìn)而影響F-P腔的腔長(zhǎng)，引起干涉譜的變化，實(shí)現(xiàn)壓力的傳感。當(dāng)傳感器的工作環(huán)境同時(shí)有溫度載荷時(shí)，需要考慮溫度效應(yīng)對(duì)傳感器壓力測(cè)量結(jié)果的影響。因?yàn)閭鞲衅鞯那坏缀湍て跍囟茸兓瘯r(shí)都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，而兩者的熱膨脹系數(shù)不同，則它們的變形量也不相同，即產(chǎn)生不協(xié)調(diào)變形，這會(huì)對(duì)腔長(zhǎng)的變化產(chǎn)生影響。壓力的測(cè)量對(duì)F-P腔長(zhǎng)的變化比較敏感，所以溫度、壓力交叉敏感度對(duì)光纖F-P腔壓力傳感器的測(cè)量精度的影響不能忽略，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償來(lái)解決該問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是為了解決由于F-P腔壓力傳感器膜片和腔底材料的熱膨脹系數(shù)的不同，在溫度影響下造成膜片熱變形與腔底部分的熱變形不協(xié)調(diào)，從而影響F-P腔長(zhǎng)的變化及壓力的測(cè)量精度的問(wèn)題，提供一種膜片式F-P腔壓力傳感器溫度補(bǔ)償方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]—種膜片式F-P腔壓力傳感器溫度補(bǔ)償方法，是采用在膜片表面真空濺射鍍膜的方法來(lái)解決F-P腔壓力傳感器的溫度、壓力交叉問(wèn)題，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0008]①選取玻璃7740材料制作腔底，同時(shí)采用硅制作F-P腔膜片，厚度為40 y m ;
[0009]②根據(jù)材料的熱膨脹系數(shù)，玻璃的為3.3X10_6，硅片的為2.4X IO-6,同時(shí)考慮到與硅的親和性與柔韌性，選用鈦進(jìn)行真空濺射鍍膜，其熱膨脹系數(shù)為10.8X10_6，膜厚為IOOnm,以保證其拉力不至于過(guò)大；
[0010]③采用研磨、拋光儀器對(duì)硅及玻璃表面進(jìn)行預(yù)處理鍵合界面，然后采用高溫鍵合方法將兩者固定一起，腔體為真空環(huán)境；
[0011]④采用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑將傳輸光纖固定于腔底的下側(cè)。
[0012]有益效果[0013]本發(fā)明是一種膜片式F-P腔壓力傳感器溫度補(bǔ)償方法，解決了由于F-P腔壓力傳感器膜片和腔底材料的熱膨脹系數(shù)的不同、在工作環(huán)境的溫度影響下造成膜片熱變形與腔底部分的熱變形不協(xié)調(diào)、從而影響F-P腔長(zhǎng)的變化及壓力的測(cè)量精度問(wèn)題，采用在膜片表面真空濺射鍍膜的方法抵消由于膜片和腔底產(chǎn)生不協(xié)調(diào)的熱變形，要求鍍膜材料的熱膨脹系數(shù)應(yīng)大于膜片的熱膨脹系數(shù)，以保證傳感器受到環(huán)境熱載荷時(shí)帶動(dòng)膜片產(chǎn)生與腔底一致的變形，儀器測(cè)得的腔長(zhǎng)變化反映實(shí)際壓力載荷大小，從而抵消掉由于膜片和腔底熱學(xué)性能不匹配帶來(lái)的測(cè)量誤差，解決了 F-P腔壓力傳感器的溫度、壓力交叉敏感問(wèn)題。該法工藝流程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可以代替復(fù)雜的軟件算法進(jìn)行的溫度補(bǔ)償。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明的工作原理簡(jiǎn)圖；
[0015]圖2為不同腔底形狀的俯視圖；(a)腔底模型為六面體，(b)腔底模型為圓柱體；
[0016]圖3為腔底固定傳輸光纖不同形式截面圖；(C)腔底用于固定傳輸光纖處的橫截面形狀為矩形，Cd)腔底用于固定傳輸光纖處的橫截面形狀為梯形。
[0017]圖中標(biāo)號(hào)，1-鍍膜、2-膜片、3-F-P腔、4-腔底、5-環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑、6_傳輸光纖、7-鍵合界面。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]見(jiàn)圖1，一種膜片式F-P腔壓力傳感器溫度補(bǔ)償方法，其具體的實(shí)施步驟如下:
[0020]①選取玻璃7740材料制作腔底4，同時(shí)采用硅制作F-P腔膜片2，厚度為40 y m ;
[0021]②根據(jù)材料的熱膨脹系數(shù)，玻璃的為3.3X10_6，硅片的為2.4X10_6，同時(shí)考慮到與硅的親和性與柔韌性，選用鈦進(jìn)行真空濺射鍍膜1，其熱膨脹系數(shù)為10.8X10_6，膜厚為IOOnm,以保證其拉力不至于過(guò)大；
[0022]③采用研磨、拋光儀器對(duì)硅及玻璃表面進(jìn)行預(yù)處理鍵合界面，然后采用高溫鍵合方法將兩者固定一起，腔體3為真空環(huán)境；
[0023]④采用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑5將傳輸光纖6固定于腔底的下側(cè)。
[0024]見(jiàn)圖2，腔底模型可以為六面體(a)或圓柱體(b)。
[0025]見(jiàn)圖3，腔底用于固定傳輸光纖處的橫截面形狀為矩形(C)或者梯形(d)。
【權(quán)利要求】
1.一種膜片式F-P腔壓力傳感器溫度補(bǔ)償方法，其特征在于:通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn): ①選取玻璃7740材料制作腔底，同時(shí)采用硅制作F-P腔膜片，厚度為40ii m ; ②根據(jù)材料的熱膨脹系數(shù)，玻璃為3.3X10_6，硅片為2.4X10_6，同時(shí)考慮到與硅的親和性與柔韌性，選用鈦金屬進(jìn)行真空濺射鍍膜，其熱膨脹系數(shù)為10.8X10_6，膜厚為lOOnm，以保證其拉力不至于過(guò)大； ③采用研磨、拋光儀器對(duì)硅及玻璃表面進(jìn)行預(yù)處理，然后采用高溫鍵合方法將兩者固定一起，腔體為真空環(huán)境； ④采用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑將傳輸光纖固定于腔底的下側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜片式F-P腔壓力傳感器溫度補(bǔ)償方法，其特征在于:采用真空濺射法的鍍膜的形狀包括矩形，圓環(huán)形或圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜片式F-P腔壓力傳感器溫度補(bǔ)償方法，其特征在于:采用真空濺射法的鍍膜的材料包括金屬或者復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜片式F-P腔壓力傳感器溫度補(bǔ)償方法，其特征在于:腔底外觀模型可以為六面體或圓柱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜片式F-P腔壓力傳感器溫度補(bǔ)償方法，其特征在于:腔底用于固定傳輸光纖處的橫截面形狀為矩形或者梯形。
【文檔編號(hào)】G01L19/04GK103674358SQ201310606168
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】高飛, 張力, 張立喆, 張慧君 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所
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