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(shí)現(xiàn)法珀腔長調(diào)制。這種傳感器結(jié)構(gòu)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(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(jié)構(gòu)和制作出發(fā)，結(jié)合單晶硅材料在力學(xué)、光學(xué)方面的優(yōu)良特性和激光加工高效的優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)：
　　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(jìn)行了分析。
　　2.使用有限元軟件ANSYS對具有表面微結(jié)構(gòu)的膜片變形進(jìn)行了仿真計(jì)算，詳細(xì)分析了微結(jié)構(gòu)圖案、微結(jié)構(gòu)圖案尺寸、微結(jié)構(gòu)圖案偏心參數(shù)對硅膜片受壓變形的影響，并討論了微結(jié)構(gòu)圖案偏心對光學(xué)干涉的影響。使用基于Nd:YAG激光器的3維激光加工系統(tǒng)在硅膜片表面制作了微結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(shù)的基本原理和特點(diǎn)，采用陽極鍵合工藝制作了三層疊合結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上完成了復(fù)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(jìn)行了壓力測試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，具有正交網(wǎng)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(fù)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%。