采用激光處理膜片的光纖法珀壓力傳感器研究.pdf

1、膜片式光纖法珀壓力傳感器由彈性膜片直接感受壓力實現法珀腔長調制。這種傳感器結構簡單，靈敏度高，初始法珀腔長容易控制，彈性膜片材料選擇多樣，在各個領域有著廣泛的應用，是光纖法珀傳感研究的重要方向之一。
　　本文從光纖法珀結構和制作出發(fā)，結合單晶硅材料在力學、光學方面的優(yōu)良特性和激光加工高效的優(yōu)點，開展了基于激光處理的膜片式光纖法珀壓力傳感器研究。完成的工作主要有以下幾點：
　　1.闡述了膜片式光纖法珀壓力傳感器的傳感原理，對彈

2、性膜片的受壓變形和傳感器光譜信號進行了分析。
　　2.使用有限元軟件ANSYS對具有表面微結構的膜片變形進行了仿真計算，詳細分析了微結構圖案、微結構圖案尺寸、微結構圖案偏心參數對硅膜片受壓變形的影響，并討論了微結構圖案偏心對光學干涉的影響。使用基于Nd:YAG激光器的3維激光加工系統在硅膜片表面制作了微結構，并利用其封裝成硅膜片式光纖法珀壓力傳感器。
　　3.研究了“硅/玻璃/硅”三層疊合結構的法珀腔基本原理，分析了其制作的

3、工藝要求。闡述了陽極鍵合技術的基本原理和特點，采用陽極鍵合工藝制作了三層疊合結構，在此基礎上完成了復合法珀腔型光纖法珀壓力傳感器的封裝。
　　4.對光纖法珀壓力傳感器進行了壓力測試實驗。實驗結果表明，具有正交網格型圖案的硅膜片式光纖法珀壓力傳感器靈敏度為12.7nm/kPa、非線性度為2.6％、測量精度為2.445%；復合法珀腔型光纖法珀壓力傳感器靈敏度為19.4nm/kPa、非線性度為8.79%、傳感器測量精度為0.7379%。