【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及测量测试，具体涉及一种光纤高温压力传感器及封装方法。
技术介绍
1、在航空航天、石油化工、燃气轮机等高温恶劣环境中，对压力的精准测量一直都是亟待解决的难题。随着光纤传感技术的发展，光纤传感器电绝缘性好，能耐受电磁干扰，被广泛用于高压、高温或危险环境中。光纤式传感器的前端敏感头不包含电学部件，具有工作温度高、测量精度高、抗电磁干扰等优势，可以满足极端环境下对压力的测量需求。在高温环境下实现压力参数的精确测量对前沿科技的发展具有重要的意义。
2、光纤压力传感器基于非本征光纤法布里-珀罗干涉(extrisic fabry-perotinterference，efpi)模型，采用压力敏感芯片，用于感知外界压力信息，压力敏感芯片在压力变化下，使感压膜片发生变形。通过采用光纤引入光信号，对膜片形变位移进行测量，即可实现压力感知。但在极端高温工况下，材料会受到热应力以及自身热膨胀影响，导致光信号发生变化从而给传感器的压力测量带来干扰。因此，芯片材料的选择以及如何低应力封装仍是高温领域传感器发展存在的瓶颈。
3、因此，需要一种可适应高温的光纤压力传感器。
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决光纤传感器在高温工作环境的压力测量问题，提供一种光纤高温压力传感器及封装方法，采用基于mems技术的压力敏感芯片对干涉光信号进行被动调制，进而实现压力信号测量。其中，通过采用非镀膜透镜来增强光路准直效果，一方面使得信号接收端能够更有效地接收光信号，提高了传感器反射信号接收
2、本专利技术提供一种光纤高温压力传感器，包括相对设置的压力敏感芯片、非镀膜透镜，设置在压力敏感芯片底部、非镀膜透镜外部的石英管，插入石英管内部的插芯，插入插芯中的镀金光纤，固定在石英管外部的高温合金探头，与高温合金探头的底部连接的高温合金基座，连接在镀金光纤外部的柔性铠装管，连接在柔性铠装管外部的金属套管，连接在柔性铠装管一端的fc/apc接口，插入fc/apc接口中的光纤跳线和连接压力敏感芯片与石英管、非镀膜透镜与石英管、插芯与石英管的石英粉；
3、压力敏感芯片包括绝压真空腔、连接在绝压真空腔外部的基底和连接在绝压真空腔、基底上部的感压膜，，基底连接在石英管的顶部；
4、压力敏感芯片、非镀膜透镜和插芯从上到下依次设置且两两之间均设置间隙，镀金光纤穿过插芯后露出的端面与面向插芯的非镀膜透镜端面平行，柔性铠装管包括两段、一段连接在镀金光纤的外部、另一段连接在光纤跳线外部、两段之间通过金属套管压接固定，镀金光纤的尾部与光纤跳线尾部熔融连接、金属套管连接在熔接处外部；
5、高温合金探头靠近压力敏感芯片一侧设置通压孔，高温合金基座与高温合金探头的底部卡槽固定；
6、石英粉在蓝光激光器的作用下熔融将压力敏感芯片、非镀膜透镜、插芯与石英管固定。
7、本专利技术所述的一种光纤高温压力传感器，作为优选方式，非镀膜透镜为平凸玻璃透镜、凸面面向基底的底部、平面面向插芯；
8、压力敏感芯片、非镀膜透镜、插芯和镀金光纤的中心轴在同一条直线上；
9、高温合金探头内部设置将石英管固定的卡槽。
10、本专利技术所述的一种光纤高温压力传感器，作为优选方式，绝压真空腔在与感压膜相连之前为连接在基底顶部的凹槽，感压膜为外径与基底外径相同的圆形感压膜，感压膜通过mems键合的方法连接在凹槽和基底的顶部并密封形成绝压真空腔；
11、绝压真空腔和基底均为圆柱形，基底的外径与石英管的外径相同。
12、本专利技术所述的一种光纤高温压力传感器，作为优选方式，镀金光纤与插芯之间也通过石英粉熔融固定；
13、压力敏感芯片、非镀膜透镜、石英管和插芯均为石英材料；
14、高温合金探头的卡槽与高温合金基座通过等离子体放电焊接方式进行固定；
15、镀金光纤与光纤跳线通过光纤熔接机熔接；
16、柔性铠装管与fc/apc接口的底部通过硅橡胶粘接，柔性铠装管与高温合金基座通过等离子体放电焊接固定，fc/apc接口与光纤跳线通过353d胶固定。
17、本专利技术所述的一种光纤高温压力传感器，作为优选方式，非镀膜透镜为bk7平凸玻璃透镜，
18、本专利技术所述的一种光纤高温压力传感器，作为优选方式，高温合金探头与高温合金基座材质均为gh7169或gh2747；
19、石英粉的目数为800～1000目；
20、通压孔数量大于5个、且对称分布；
21、光纤高温压力传感器工作温度范围为0℃～800℃。
22、本专利技术所述的一种光纤高温压力传感器，作为优选方式，光纤高温压力传感器的探测方法为：
23、压力敏感芯片的感压膜与基底间通过mems工艺加工有凹槽结构，凹槽结构可使感压膜受压发生变形；
24、当光信号入射压力敏感芯片时，基底底部、基底上表面、感压膜下表面分别通过非镀膜透镜对光信号进行反射，基底上表面、感压膜下表面构成真空efpi腔，随着外界压力变化，感压膜受压变形而导致efpi腔腔长变化，通过测量efpi腔的腔长变化来进行压力测量。
25、本专利技术提供一种光纤高温压力传感器的封装方法，包括以下步骤：
26、s1、将石英管水平放置在光学平台的三维调节架上，通过三维调节架将压力敏感芯片与石英管的中心轴调至同一水平线上，将石英粉均匀涂抹在石英管切面一侧，并移动三维调节架使石英管贴近压力敏感芯片，开启蓝光激光器，将光斑聚焦在石英管和压力敏感芯片缝隙，石英粉受到激光照射后熔融将石英管和压力敏感芯片固定得到固定压力敏感芯片的石英管；
27、s2、将固定压力敏感芯片的石英管再放置在三维调节架上，在非镀膜透镜周围涂抹石英粉，并用镊子将非镀膜透镜从压力敏感芯片相对一侧插入石英管中并使非镀膜透镜和压力敏感芯片之间达到设计距离，开启蓝光激光器，将光斑聚焦在石英管和非镀膜透镜缝隙，石英粉受到激光照射后熔融将石英管和非镀膜透镜固定得到固定压力敏感芯片和非镀膜透镜的石英管；
28、s3、将固定压力敏感芯片和非镀膜透镜的石英管放置在三维调节架上，用镊子将插芯从非镀膜透镜一侧插入石英管中并使非镀膜透镜和插芯之间达到设计距离，在接触面涂有石英粉后，开启蓝光激光器，将光斑聚焦在石英管和插芯的缝隙，石英粉受到激光照射后熔融将石英管和插芯固定得到固定压力敏感芯片、非镀膜透镜和插芯的石英管；
29、s4、将固定压力敏感芯片、非镀膜透镜和插芯的石英管放置在三维调节架上，将镀金光纤沿着石英管的长方向插入插芯中，同时缓慢调整镀金光纤以保持端面与非镀膜透镜平面平行并与非镀膜透镜的端面达到设计距本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光纤高温压力传感器，其特征在于：包括相对设置的压力敏感芯片(1)、非镀膜透镜(2)，设置在所述压力敏感芯片(1)底部、所述非镀膜透镜(2)外部的石英管(3)，插入所述石英管(3)内部的插芯(4)，插入所述插芯(4)中的镀金光纤(5)，固定在所述石英管(3)外部的高温合金探头(6)，与所述高温合金探头(6)的底部连接的高温合金基座(7)，连接在所述镀金光纤(5)外部的柔性铠装管(8)，连接在所述柔性铠装管(8)外部的金属套管(9)，连接在所述柔性铠装管(8)一端的FC/APC接口(10)，插入所述FC/APC接口(10)中的光纤跳线(11)和连接所述压力敏感芯片(1)与所述石英管(3)、所述非镀膜透镜(2)与所述石英管(3)、所述插芯(4)与所述石英管(3)的石英粉(12)；
2.根据权利要求1所述的一种光纤高温压力传感器，其特征在于：所述非镀膜透镜(2)为平凸玻璃透镜、凸面面向所述基底(1b)的底部、平面面向所述插芯(4)；
3.根据权利要求1所述的一种光纤高温压力传感器，其特征在于：所述绝压真空腔(1a)在与所述感压膜(1c)相连之前为连接在所述
4.根据权利要求1所述的一种光纤高温压力传感器，其特征在于：所述镀金光纤(5)与所述插芯(4)之间也通过所述石英粉(12)熔融固定；
5.根据权利要求1所述的一种光纤高温压力传感器，其特征在于：所述非镀膜透镜(2)为BK7平凸玻璃透镜。
6.根据权利要求1所述的一种光纤高温压力传感器，其特征在于：
7.根据权利要求1所述的一种光纤高温压力传感器，其特征在于：所述光纤高温压力传感器的探测方法为：
8.一种光纤高温压力传感器的封装方法，其特征在于：包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种光纤高温压力传感器的封装方法，其特征在于：步骤S1中，所述压力敏感芯片(1)和所述石英管(3)的外径相同；
10.根据权利要求8所述的一种光纤高温压力传感器的封装方法，其特征在于：步骤S6中，所述高温合金探头(6)通过卡槽将所述石英管(3)固定在内部，所述高温合金基座(7)位于所述高温合金探头(6)的底部外侧；组装所述高温合金探头(6)和所述高温合金基座(7)后，所述锥形金属管位于所述高温合金探头(6)和所述高温合金基座(7)的内部；所述光纤跳线(11)插入所述FC/APC接口(10)中，所述FC/APC接口(10)连接在所述柔性铠装管(8)一端，所述柔性铠装管(8)包括两段、一段连接在所述镀金光纤(5)的外部、另一段连接在所述光纤跳线(11)外部、两段之间通过所述金属套管(9)压接固定；
...【技术特征摘要】
1.一种光纤高温压力传感器，其特征在于：包括相对设置的压力敏感芯片(1)、非镀膜透镜(2)，设置在所述压力敏感芯片(1)底部、所述非镀膜透镜(2)外部的石英管(3)，插入所述石英管(3)内部的插芯(4)，插入所述插芯(4)中的镀金光纤(5)，固定在所述石英管(3)外部的高温合金探头(6)，与所述高温合金探头(6)的底部连接的高温合金基座(7)，连接在所述镀金光纤(5)外部的柔性铠装管(8)，连接在所述柔性铠装管(8)外部的金属套管(9)，连接在所述柔性铠装管(8)一端的fc/apc接口(10)，插入所述fc/apc接口(10)中的光纤跳线(11)和连接所述压力敏感芯片(1)与所述石英管(3)、所述非镀膜透镜(2)与所述石英管(3)、所述插芯(4)与所述石英管(3)的石英粉(12)；
2.根据权利要求1所述的一种光纤高温压力传感器，其特征在于：所述非镀膜透镜(2)为平凸玻璃透镜、凸面面向所述基底(1b)的底部、平面面向所述插芯(4)；
3.根据权利要求1所述的一种光纤高温压力传感器，其特征在于：所述绝压真空腔(1a)在与所述感压膜(1c)相连之前为连接在所述基底(1b)顶部的凹槽，所述感压膜(1c)为外径与所述基底(1b)外径相同的圆形感压膜，所述感压膜(1c)通过mems键合的方法连接在所述凹槽和所述基底(1b)的顶部并密封形成所述绝压真空腔(1a)；
4.根据权利要求1所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，李金洋，毛国培，宁佳晨，杨艳，史青，
申请(专利权)人：航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。