具有温度不敏感腔体的光纤F-P声压传感器及制作方法技术

本发明专利技术提供了一种具有温度不敏感腔体的光纤F

【技术实现步骤摘要】
具有温度不敏感腔体的光纤F
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P声压传感器及制作方法


[0001]本专利技术涉及声压传感器
，特别是涉及一种具有温度不敏感腔体的光纤F
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P声压传感器及制作方法。

技术介绍

[0002]高灵敏度声压探测在环境监测、光声光谱、人机交互、医疗应用等应用领域具有迫切需求，其中光纤声压传感器因其独特的无源性、抗电磁干扰、可远程控制、分辨率高、体积小等优势而得到了广泛的研究。目前光纤声压传感器常用的结构为膜片式法布里
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珀罗(F
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P，Fabry
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Perot)传声器，由平整的光纤端面和压力敏感膜片形成F
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P干涉腔，在声压作用下，敏感膜片产生挠度变形，导致F
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P腔长和反射光强的变化，通过对反射光信号进行解调以获取待测压力，具有灵敏度高、结构简单、解调速度快等优势。
[0003]在传感器的设计与制备过程中，压力敏感膜片与光纤的对准和固连是一重要环节。由于光纤传感器探头具备微型化的特点，通常需要借助陶瓷插芯、外部壳体等载体进行装配，并通过UV胶或环氧胶等胶体实现固连。由此，虽然膜片式光纤F
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P声压传感器的灵敏度、信噪比和频响等性能在通过多种结构设计后得到了有效提升，但构成传感器的材料热膨胀系数不一致、F
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P腔内密封空气的热膨胀等因素，均会造成F
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P腔长随温度的变化，导致传感器的温度稳定性较差。例如，2015年Li等人(LiC,LiuQ,PengX,etal.Measurementof thermalexpansioncoefficientofgraphenediaphragmusingopticalfiber Fabry
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Perotinterference[J].MeasurementScienceandTechnology,2016,27(7):075102.)通过实验测试了以8层石墨烯为压力敏感膜片的光纤F
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P传感器腔长随温度的变化大于300nm/℃，其中涉及固连用的环氧胶热形变、构成传感器的陶瓷插芯与光纤材料热膨胀系数不一致，以及F
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P密封腔内的空气热膨胀等影响。为此，选用纯硅材质对传感器进行制备可提升温度稳定性。例如，2019年Ma等人(MaW,JiangY,GaoH.Miniatureall
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fiberextrinsicFabry
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P
é
rot interferometricsensorforhigh
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pressuresensingunderhigh
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temperature conditions[J].MeasurementScienceandTechnology,2019,30(2):025104.)制备了一种纯硅材质构成的压力传感器，其腔长随温度的变化率为0.267nm/℃，不过硅膜片厚度为3.8μm，将灵敏度限制在70.8nm/MPa，较低的灵敏度在一定程度上限制了硅基光纤F
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P结构在声压传感器领域的发展。为提高声压传感器的灵敏度，目前光纤F
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P声压传感器中常用的压力敏感膜片材料为金属、聚合物和以石墨烯为代表的二维材料，膜片材料的多样性、结构的复杂性也给F
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P传感器温度稳定性的提升设计增加了相应的难度。
[0004]因此，设计一种具有温度不敏感腔体的光纤F
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P声压传感器及制作方法，从结构设计的角度，对提升膜片式光纤F
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P声压传感器的温度稳定性，使其广泛适用于多种压力敏感膜片，对优化光纤F
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P声压传感器的温度稳定性具有重要的实际意义和应用价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种具有温度不敏感腔体的光纤F
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P声压传感器及制作方法，能够降低其受温度的影响，提升工作性能及应用优势。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种具有温度不敏感腔体的光纤F
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P声压传感器，包括：连接套管、短插芯、压力敏感膜片、长插芯及单模光纤，所述连接套管的一侧设置所述短插芯，所述短插芯的侧端面中心处设置有第一通孔，位于连接套管内部的短插芯侧端面中心设置所述压力敏感膜片，所述连接套管的另一侧设置所述长插芯，所述长插芯的侧端面中心对应所述第一通孔设置有第二通孔，且所述第二通孔的内部设置所述单模光纤，位于连接套管内部的单模光纤端面与压力敏感膜片构成F
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P空腔，所述连接套管的侧部设置有套管侧壁开孔。
[0008]可选的，所述短插芯及长插芯的材料为熔融石英。
[0009]可选的，所述连接套管的材料为熔融石英，所述连接套管的内径根据短插芯及长插芯的外径确定，所述连接套管的套管侧壁开孔由激光加工制成。
[0010]本专利技术还提供了一种具有温度不敏感腔体的光纤F
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P声压传感器制作方法，应用于上述的具有温度不敏感腔体的光纤F
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P声压传感器，包括如下步骤：
[0011]步骤1：制作压力敏感膜片，并以短插芯的侧端面为基底对压力敏感膜片进行转移；
[0012]步骤2：设置连接套管与短插芯、连接套管与长插芯之间的配合固定；
[0013]步骤3：确定F
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P空腔的干涉长度，并通过二氧化碳激光将长插芯和单模光纤进行固连，完成具有温度不敏感腔体的光纤F
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P声压传感器的制作。
[0014]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的具有温度不敏感腔体的光纤F
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P声压传感器及制作方法，该传感器包括连接套管、短插芯、压力敏感膜片、长插芯及单模光纤，采用熔融石英的材质，极大限度的提高了传感器材料热膨胀系数的一致性，避免了固连用胶体在其中产生的影响，使得传感器对受温度影响小，稳定性好，在较宽的温度范围内拥有稳定的工作性能，该传感器结构简单、体积小，便于制备和使用，该传感器将F
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P腔释放为开放腔，降低了压力敏感膜片的背压膜阻尼，具有扩展声压频响范围的优势。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术实施例具有温度不敏感腔体的光纤F
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P声压传感器结构剖视图；
[0017]图2为本专利技术实施例具有温度不敏感腔体的光纤F
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P声压传感器制备流程示意图；
[0018]图3为本专利技术实施例具有温度不敏感腔体的光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有温度不敏感腔体的光纤F
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P声压传感器，其特征在于，包括：连接套管、短插芯、压力敏感膜片、长插芯及单模光纤，所述连接套管的一侧设置所述短插芯，所述短插芯的侧端面中心处设置有第一通孔，位于连接套管内部的短插芯侧端面中心设置所述压力敏感膜片，所述连接套管的另一侧设置所述长插芯，所述长插芯的侧端面中心对应所述第一通孔设置有第二通孔，且所述第二通孔的内部设置所述单模光纤，位于连接套管内部的单模光纤端面与压力敏感膜片构成F
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P空腔，所述连接套管的侧部设置有套管侧壁开孔。2.根据权利要求1所述的具有温度不敏感腔体的光纤F
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P声压传感器，其特征在于，所述短插芯及长插芯的材料为熔融石英。3.根据权利要求2所述的具有温度不敏感腔体的光纤F
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【专利技术属性】
技术研发人员：李成，董书萱，刘洋，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：