一种具有法珀谐振腔的压力传感器、系统和制作方法，包括固定套、筒体、压力敏感芯片、光纤校准器和蓝宝石光纤；所述筒体内设有具有开口的防护槽；所述压力敏感芯片安装于所述防护槽内并设有复合式法珀谐振腔；所述固定套固定于所述防护槽的开口端以压紧并固定所述压力敏感芯片；所述光纤校准器穿设于所述筒体且与所述法珀谐振腔对准干涉；所述蓝宝石光纤穿设于所述光纤校准器。本发明专利技术结构合理，传感器能稳定够满足1400℃以上的超高温环境下的动态压力测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤光学传感器领域，特别是指一种具有法珀谐振腔的压力传感器、系统和制作方法。
技术介绍
1、压力是研究物理环境的一个重要参量，压力的原位测量一般采用压力传感器，而高温环境下对于压力传感器的要求显著增高，高温环境的压力测量在能源工业以及航天航空和国防军工有着广泛的应用前景，特别是在航天航空上高温高压的动态测量具有重大意义，例如，固体火箭发动机在运行过程存在因燃烧不稳定导致稳定性差的问题，若能原位测量固体火箭发动机燃烧室动态压力值将其作为一种补偿参数控制燃烧状况，将能够作为稳定发动机运行以及对发动机设计提供参数化依据。
2、高温环境下的动态参数测量一直是传感器应用邻域的重难点，目前，传统的电信号传感器如压电式压力传感器难以在超700℃环境下使用，且不适用于易燃易爆场所以及高电磁干扰环境使用。而光纤光栅式的压力传感已经在油田开采，光纤光栅式传感探头一般由杨氏模量不同的材料构成悬臂梁结构用于感压，受限于敏感材料的耐温性，光纤光栅式压力传感器难以达到700℃以上的高温环境，无法满足超高温环境下物理参数测量的需求。
3、近年来，美国弗吉尼亚理工大学、加拿大fiso公司等纷纷开展耐高温的光纤法珀式压力传感器研究，其工作温度能够达到1000℃以上，但是目前相关产品价格昂贵，相关国家限制出口，造成国内应用市场空缺。国内高校近几年展开了对超高温压力传感器的研究，但实际工况环境使用较少，市面上也未出现成熟产品。因此针对超高温的极端环境压力测试需求，开发结构简单、功能可靠的压力传感器具有重要应用前景。
/>技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于克服现有技术的高温环境下压力测试存在的缺陷，提出一种具有法珀谐振腔的压力传感器、系统和制作方法，结构简单、抗干扰能力强、灵敏度高且精度高。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种具有法珀谐振腔的压力传感器，其特征在于：包括固定套、筒体、压力敏感芯片、光纤校准器和蓝宝石光纤；所述筒体内设有具有开口的防护槽；所述压力敏感芯片安装于所述防护槽内并设有复合式法珀谐振腔；所述固定套固定于所述防护槽的开口端以压紧并固定所述压力敏感芯片，所述固定套还设有贯通的通道，所述通道连通至所述压力敏感芯片对应侧；所述光纤校准器穿设于所述筒体且与所述法珀谐振腔对准干涉；所述蓝宝石光纤穿设于所述光纤校准器。
4、所述压力敏感芯片包括有基底层、敏感层和敏感膜片；所述敏感层开设有通孔，所述基底层和所述敏感膜片分别键合于所述敏感层的两侧以形成有非本征型的所述法珀谐振腔。
5、所述基底层、所述敏感层和所述敏感膜片采用c向蓝宝石制作而成。
6、所述防护槽设有底壁和侧壁，所述底壁位于所述侧壁的所述光纤校准器所在端；所述底壁上的与所述侧壁交界处设有避空槽。
7、所述防护槽的侧壁上设有周向延伸的第一填胶槽以供填入粘合胶，所述固定套外周对应设有第二填胶槽以供填入粘合胶，所述第一填胶槽与所述第二填胶槽组成圆环槽。
8、所述蓝宝石光纤与所述光纤校准器设置有研磨成型面，所述研磨成型面为5-8°光学斜面或0°平面或曲面透镜结构。
9、所述蓝宝石光纤与所述光纤校准器使用高温胶胶粘或使用高功率激光在所述蓝宝石光纤与所述光纤校准器临界面上熔焊的方法固连。
10、一种高温动态压力环境测量系统，包括超连续谱光源、光隔离器、光耦合器和信号采集与解调终端，所述超连续谱光源用于发出近红外光，所述光隔离器通过石英光纤连接于所述超连续谱光源和所述光耦合器之间；所述信号采集与解调终端通过石英光纤与所述光耦合器的一出光口相连；其特征在于：还包括所述的一种具有法珀谐振腔的压力传感器，所述蓝宝石光纤与所述光耦合器的另一出光口相连使得所述近红外光在法珀谐振腔形成三次法布里-珀罗干涉，所述信号采集与解调终端采集所述法珀谐振腔产生的干涉信号并解调出所述法珀谐振腔的腔长，根据所述法珀谐振腔的腔长输出对应的压力值。
11、一种压力敏感芯片的制作方法，其特征在于，包括
12、1)分别将三块蓝宝石衬底进行化学机械研磨至所需厚度，并且对表面进行化学清洗处理，得到基底晶片、敏感腔晶片和膜片晶片；
13、2)使用紫外激光在所述敏感腔晶片上切割出若干通孔；
14、3)对所述基底晶片、具有所述通孔的所述敏感腔晶片和所述膜片晶片通过氧气等离子体对其表面进行活化处理，将活化处理后的所述基底晶片、具有所述通孔的所述敏感腔晶片和所述膜片晶片的具有高亲水性的一面放置在99％甲醇溶液中浸泡后进行预键合；
15、4)将预键合后的样品再进行高温扩散键合；将键合后的样品进行划片和打磨得到具有非本征型的法珀谐振腔的压力敏感芯片。
16、由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
17、本专利技术整体结构简单、造价低。敏感传感材料与信号传输光纤皆使用蓝宝石制造，具有极高的耐温性。采用晶圆级mems键合工艺，可一次性制备多个压力敏感芯片30且一致性良好，结构能够满足1400℃以上超高温环境下的动态压力测量。使用光探测的方法能有效避免温度对传输信号的影响，有效提高动态压力测量的稳定性与精确度。
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【技术保护点】
1.一种具有法珀谐振腔的压力传感器，其特征在于：包括固定套、筒体、压力敏感芯片、光纤校准器和蓝宝石光纤；所述筒体内设有具有开口的防护槽；所述压力敏感芯片安装于所述防护槽内并设有复合式法珀谐振腔；所述固定套固定于所述防护槽的开口端以压紧并固定所述压力敏感芯片，所述固定套还设有贯通的通道，所述通道连通至所述压力敏感芯片对应侧；所述光纤校准器穿设于所述筒体且与所述法珀谐振腔对准干涉；所述蓝宝石光纤穿设于所述光纤校准器。
2.如权利要求1所述的一种具有法珀谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述压力敏感芯片包括有基底层、敏感层和敏感膜片；所述敏感层开设有通孔，所述基底层和所述敏感膜片分别键合于所述敏感层的两侧以形成有非本征型的所述法珀谐振腔。
3.如权利要求2所述的一种具有法珀谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述基底层、所述敏感层和所述敏感膜片采用C向蓝宝石制作而成。
4.如权利要求1所述的一种具有法珀谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述防护槽设有底壁和侧壁，所述底壁位于所述侧壁的所述光纤校准器所在端；所述底壁上的与所述侧壁交界处设有避空槽。
5.如权利要求4所述的一种具有法珀谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述防护槽的侧壁上设有周向延伸的第一填胶槽以供填入粘合胶，所述固定套外周对应设有第二填胶槽以供填入粘合胶，所述第一填胶槽与所述第二填胶槽组成圆环槽。
6.如权利要求1所述的一种具有法珀谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述蓝宝石光纤与所述光纤校准器设置有研磨成型面，所述研磨成型面为5-8°光学斜面或0°平面或曲面透镜结构。
7.如权利要求1所述的一种具有法珀谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述蓝宝石光纤与所述光纤校准器使用高温胶胶粘或使用高功率激光在所述蓝宝石光纤与所述光纤校准器临界面上熔焊的方法固连。
8.一种高温动态压力环境测量系统，包括超连续谱光源、光隔离器、光耦合器和信号采集与解调终端，所述超连续谱光源用于发出近红外光，所述光隔离器通过石英光纤连接于所述超连续谱光源和所述光耦合器之间；所述信号采集与解调终端通过石英光纤与所述光耦合器的一出光口相连；其特征在于：还包括权利要求1至6中任一项所述的一种具有法珀谐振腔的压力传感器，所述蓝宝石光纤与所述光耦合器的另一出光口相连使得所述近红外光在法珀谐振腔形成三次法布里-珀罗干涉，所述信号采集与解调终端采集所述法珀谐振腔产生的干涉信号并解调出所述法珀谐振腔的腔长，根据所述法珀谐振腔的腔长输出对应的压力值。
9.一种压力敏感芯片的制作方法，其特征在于，包括
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【技术特征摘要】
1.一种具有法珀谐振腔的压力传感器，其特征在于：包括固定套、筒体、压力敏感芯片、光纤校准器和蓝宝石光纤；所述筒体内设有具有开口的防护槽；所述压力敏感芯片安装于所述防护槽内并设有复合式法珀谐振腔；所述固定套固定于所述防护槽的开口端以压紧并固定所述压力敏感芯片，所述固定套还设有贯通的通道，所述通道连通至所述压力敏感芯片对应侧；所述光纤校准器穿设于所述筒体且与所述法珀谐振腔对准干涉；所述蓝宝石光纤穿设于所述光纤校准器。
2.如权利要求1所述的一种具有法珀谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述压力敏感芯片包括有基底层、敏感层和敏感膜片；所述敏感层开设有通孔，所述基底层和所述敏感膜片分别键合于所述敏感层的两侧以形成有非本征型的所述法珀谐振腔。
3.如权利要求2所述的一种具有法珀谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述基底层、所述敏感层和所述敏感膜片采用c向蓝宝石制作而成。
4.如权利要求1所述的一种具有法珀谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述防护槽设有底壁和侧壁，所述底壁位于所述侧壁的所述光纤校准器所在端；所述底壁上的与所述侧壁交界处设有避空槽。
5.如权利要求4所述的一种具有法珀谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述防护槽的侧壁上设有周向延伸的第一填胶槽以供填入粘...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛晨阳，海振银，郭茂成，梁睿，张奇，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：
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