一种光纤法珀微型力传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种光纤法珀微型力传感器，包括不锈钢外壳，在不锈钢外壳两侧内壁上部设有两块对称的定位块，在不锈钢外壳左端偏上的部位设有一圆孔；在不锈钢外壳内设有硅基底，该硅基底内设有第一光纤准直器安装槽；其还包括：一光纤构件，由光纤准直器和连接在其左端的尾纤构成，光纤准直器伸入硅基底的第一光纤准直器安装槽内；一台阶固支梁的下面中部设有凸台，台阶固支梁下面两端分别与所述两块定位块一一对应接触；一压力膜的中部设有双面凸起触点，压力膜设在不锈钢外壳的上口并覆盖在台阶固支梁的上面，双面凸起触点与凸台的上面对应接触。本发明专利技术结构微型，能在高温高压条件下长期工作，且具有抗电磁干扰能力强，测量精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及力传感器领域，具体涉及一种光纤法珀微型力传感器。特别是用于压水核反应堆蒸汽发生器传热管与安装底座径向撞击压力测试的微型力传感器。
技术介绍
力传感器是各种结构件疲劳损伤、微动损伤等损伤检测的核心器件，力传感器的发展能够给结构件的结构健康检测带来进一步的提高。与传统的电学力传感器相比，光纤传感器具有抗干扰能力强、动态测试范围大、体积小且分辨率大等优点，同时解调速度也可以做的很高，并且具有良好的多传感器复用能力，因此在大型结构件检测等领域得到了广泛的应用。光纤传感器由于其本身特有的优势，如结构简单、体积小、无电磁干扰，在航空航天、能源、建筑等工业和军事领域得到了广泛的应用。光纤法珀传感器是光纤传感器中的典型代表，随着各种微加工技术的发展，出现了各种微型的光纤法珀传感器。如CN101055197公开一种飞秒激光脉冲制作的微型光纤法珀(F-P)传感器，是在普通单模光纤上制作有一个完全穿透光纤纤芯的、横截面为长方形的微小空腔，微小空腔的深度h满足：(D+d)/2≤h≤D，其中D为光纤的直径，d为纤芯直径。其还提供了该传感器的制作方法。优点是：不仅具有微型化、集成化、一体化、易于批量生产、易复用、耐恶劣环境能力强等独特的物理特性，而且具有负的温度灵敏度，且在一定程度上提高了其轴向负荷的灵敏度，在未来光传感领域内有广阔的应用前景。毋庸置疑，这是本
的一种有益的尝试。光纤法珀传感器可利用不用的形式构建法珀腔，传感器的形态灵活多变，可用于多种不同的测量环境，同时光纤法珀传感器结构简单，不易受环境的影响，分辨率高且解调速度较高，已广泛应用于各种生物、医学、航空、航天、核电等领域的检测。蒸汽发生器作为压水堆核反应堆的核心设备，其传热管发生故障相关的风险占整个核电站故障风险的75％。利用力传感器实现传热管的结构健康检测对于预测蒸汽发生器使用寿命、优化其结构设计，并且对及时掌握压水堆的安全状态具有重要的意义。且传热管工作在350℃，1.2MPa的条件下，且传热管间的间距很小，这也对力传感器的工作温度和体积提出了更高的要求
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光纤法珀微型力传感器，其结构微型，能工作在350℃，1.2MPa的条件下长期工作，且具有抗电磁干扰能力强，测量精度高等优点。本专利技术所述的一种光纤法珀微型力传感器，包括不锈钢外壳，在所述不锈钢外壳两侧内壁上部设有两块对称的定位块，在所述不锈钢外壳左端偏上的部位设有一圆孔；在所述不锈钢外壳内设有硅基底，该硅基底内设有第一光纤准直器安装槽，所述第一光纤准直器安装槽的左端与所述圆孔对应、右端设有第一阶梯定位面和45°反射面；其还包括：一光纤构件由光纤准直器和连接在其左端的尾纤构成，所述光纤准直器的右端设有阶梯端面和内芯端面；所述光纤构件从所述不锈钢外壳上的圆孔插入，并伸入所述硅基底的光纤准直器安装槽内；所述第一阶梯定位面与所述阶梯端面对应接触，所述45°反射面与所述内芯端面对应接触；一台阶固支梁的下面中部设有凸台，所述凸台进行机械抛光，形成镜面；所述台阶固支梁下面两端分别与所述两块定位块一一对应接触；一压力膜的中部设有双面凸起触点，所述压力膜设在所述不锈钢外壳的上口并覆盖在所述台阶固支梁的上面，所述双面凸起触点与所述凸台的上面对应接触。进一步，在所述硅基底与所述不锈钢外壳的内壁接触部位涂有高温密封胶，在所述光纤构件与所述不锈钢外壳上的圆孔接触部位也涂有高温密封胶。进一步，所述光纤构件采用耐高温石英光纤制作，所述硅基底采用耐高温的Si材料加工法珀光路，所述压力膜采用镍铬合金制作。进一步，所用光纤构件的尾纤为单模光纤或多模光纤。进一步，光纤准直器是梯度折射率(GRIN)透镜。所述的一种光纤法珀微型力传感器，包括不锈钢外壳，在所述不锈钢外壳两侧内壁上部设有两块对称的定位块，在所述不锈钢外壳左端偏上的部位设有一圆孔；在所述不锈钢外壳内设有不锈钢基底，该不锈钢基底内设有第二光纤准直器安装槽，所述第二光纤准直器安装槽的左端与所述圆孔对应、右端设有第二阶梯定位面和微棱镜定位槽；其还包括：一光纤构件由光纤准直器和连接在其左端的尾纤构成，所述光纤准直器的右端设有阶梯端面和棱镜；所述光纤构件从所述不锈钢外壳上的圆孔插入，并伸入所述不锈钢基底的光纤准直器安装槽内；所述第二阶梯定位面与所述阶梯端面对应接触，所述微棱镜定位槽与所述棱镜对应配合；一台阶固支梁的下面中部设有凸台，所述台阶固支梁下面两端分别与所述两块定位块一一对应接触；一压力膜的中部设有双面凸起触点，所述压力膜设在所述不锈钢外壳的上口并覆盖在所述台阶固支梁的上面，所述双面凸起触点与所述凸台的上面对应接触。进一步，在所述不锈钢基底与所述不锈钢外壳的内壁接触部位涂有高温密封胶，在所述光纤构件与所述不锈钢外壳上的圆孔接触部位也涂有高温密封胶。进一步，所述光纤构件采用耐高温石英光纤制作，所述不锈钢基底采用耐高温的不锈钢材料加工法珀光路，所述压力膜采用镍铬合金制作。进一步，所用光纤构件的尾纤为单模光纤或多模光纤。进一步，光纤准直器是梯度折射率(GRIN)透镜。本专利技术具有以下的有益效果：由于采用硅微加工技术，保证了传感器敏感腔长的精度；由于利用45°反射面实现了法珀腔的折转，实现了传感器的微型化；由于传感器采用硅、玻璃和不锈钢作为主要材料，实现了传感器的耐高温，利用高温胶和压力膜密封实现了传感器的耐压。该专利技术实现了传感器的微型化、耐高温和高压以及防水功能。附图说明图1是本专利技术的结构示意图之一；图2是光纤构件示意图；图3是压力膜示意图；图4是不锈钢外壳示意图；图5是硅基底示意图；图6是图5的仰视图；图7是台阶固支梁示意图。图8是本专利技术的结构示意图之二；图9是不锈钢基底示意图；图10是图9的仰视图；图11是微棱镜示意图。图中：1－光纤构件，11－光纤准直器，12－尾纤，13－光纤准直器的外壳端面，14－光纤准直器的内芯端面；2－压力膜，21－双面凸起触点；3－不锈钢外壳，31－定位块；4－硅基底，41－45°反射面，42－第一阶梯定位面，43－第一光纤准直器安装槽；5－台阶固支梁，51－凸台；6－高温密封胶；7－不锈钢基底，71－微棱镜定位槽，72－第二阶梯定位面，73－第二光纤准直器安装槽；8－微棱镜，81－微棱镜的一端面，82－微棱镜的另一端面。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的描述。实施例一：参见图1至图7。本专利技术所述的一种光纤法珀微型力传感器，包括不锈钢外壳3，在所述不锈钢外壳两侧内壁上部设有两块对称的定位块31，在所述不锈钢外壳左端偏上的部位设有一圆孔32；在所述不锈钢外壳3内设有硅基底4，该硅基底4内设有第一光纤准直器安装槽43，所述第一光纤准直器安装槽的左端与所述圆孔32对应、右端设有第一阶梯定位面42和45°反射面41；其还包括：一光纤构件1，其由光纤准直器11和连接在其左端的尾纤12构成，所述光纤准直器11的右端设有阶梯端面13和内芯端面14；所述光纤构件1从所述不锈钢外壳上的圆孔32插入，并伸入所述硅基底4的第一光纤准直器安装槽43内；所述第一阶梯定位面42与所述阶梯端面13对应接触，所述45°反射面41与所述内芯端面14对应接触；一台阶固支梁5，其下面的中部设有凸台51，所述台阶固支梁5下面两端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤法珀微型力传感器，包括不锈钢外壳(3)，在所述不锈钢外壳两侧内壁上部设有两块对称的定位块(31)，在所述不锈钢外壳左端偏上的部位设有一圆孔(32)；在所述不锈钢外壳(3)内设有硅基底(4)，该硅基底(4)内设有第一光纤准直器安装槽(43)，所述第一光纤准直器安装槽的左端与所述圆孔(32)对应、右端设有第一阶梯定位面(42)和45°反射面(41)；其特征是，还包括：一光纤构件(1)由光纤准直器(11)和连接在其左端的尾纤(12)构成，所述光纤准直器(11)的右端设有阶梯端面(13)和内芯端面(14)；所述光纤构件(1)从所述不锈钢外壳上的圆孔(32)插入，并伸入所述硅基底(4)的第一光纤准直器安装槽(43)内；所述第一阶梯定位面(42)与所述阶梯端面(13)对应接触，所述45°反射面(41)与所述内芯端面(14)对应接触；一台阶固支梁(5)的下面中部设有凸台(51)，所述台阶固支梁(5)下面两端分别与所述两块定位块(31)一一对应接触；一压力膜(2)的中部设有双面凸起触点(21)，所述压力膜设在所述不锈钢外壳(3)的上口并覆盖在所述台阶固支梁(5)的上面，所述双面凸起触点(21)与所述凸台(51)的上面对应接触。...

【技术特征摘要】
1.一种光纤法珀微型力传感器，包括不锈钢外壳(3)，在所述不锈钢外壳两侧内壁上部设有两块对称的定位块(31)，在所述不锈钢外壳左端偏上的部位设有一圆孔(32)；在所述不锈钢外壳(3)内设有硅基底(4)，该硅基底(4)内设有第一光纤准直器安装槽(43)，所述第一光纤准直器安装槽的左端与所述圆孔(32)对应、右端设有第一阶梯定位面(42)和45°反射面(41)；其特征是，还包括：一光纤构件(1)由光纤准直器(11)和连接在其左端的尾纤(12)构成，所述光纤准直器(11)的右端设有阶梯端面(13)和内芯端面(14)；所述光纤构件(1)从所述不锈钢外壳上的圆孔(32)插入，并伸入所述硅基底(4)的第一光纤准直器安装槽(43)内；所述第一阶梯定位面(42)与所述阶梯端面(13)对应接触，所述45°反射面(41)与所述内芯端面(14)对应接触；一台阶固支梁(5)的下面中部设有凸台(51)，所述台阶固支梁(5)下面两端分别与所述两块定位块(31)一一对应接触；一压力膜(2)的中部设有双面凸起触点(21)，所述压力膜设在所述不锈钢外壳(3)的上口并覆盖在所述台阶固支梁(5)的上面，所述双面凸起触点(21)与所述凸台(51)的上面对应接触。2.根据权利要求1所述的光纤法珀微型力传感器，其特征是：在所述硅基底(4)与所述不锈钢外壳(3)的内壁接触部位涂有高温密封胶(6)，在所述光纤构件(1)与所述不锈钢外壳上的圆孔(32)接触部位也涂有高温密封胶(6)。3.根据权利要求2所述的光纤法珀微型力传感器，其特征是：所述光纤构件(1)采用耐高温石英光纤制作，所述硅基底(4)采用耐高温的Si材料加工法珀光路，所述压力膜(2)采用镍铬合金制作。4.根据权利要求1或2所述的一种光纤法珀微型力传感器，其特征在于：所用光纤构件(1)的尾纤(12)为单模光纤或多模光纤。5.根据权利要求1或2所述的一种光纤法珀微型力传感器，其特征在于：光纤准直器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，朱永，陈小强，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50