基于硅MEMS技术的高灵敏度微型光纤法布里-珀罗压力传感器 被引量：8

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作者 李文豪 贾平岗 +4 位作者 王军 薛波 万顺 侯凯耀 熊继军 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期149-157,共9页

基于微机电系统技术设计制备了一种微型化光纤法布里-珀罗传感器,具备高灵敏度和可批量制造的特点。传感器内部的法珀腔由刻蚀后的SOI晶圆与BF33玻璃阳极键合而成,传感器敏感膜片采用了绝缘衬底上的单晶硅材料。采用激光精细切割技术对... 基于微机电系统技术设计制备了一种微型化光纤法布里-珀罗传感器,具备高灵敏度和可批量制造的特点。传感器内部的法珀腔由刻蚀后的SOI晶圆与BF33玻璃阳极键合而成,传感器敏感膜片采用了绝缘衬底上的单晶硅材料。采用激光精细切割技术对传感器单元进行独立分离,使得单个传感器的整体外径仅为400μm,高度为220μm。在此基础上,搭建了信号解调实验平台,并对传感器的感压特性进行了详尽测试。测试结果显示,在0~50 kPa的压力范围内,传感器的压力灵敏度可达到18.5 nm/kPa,最大非线性度为0.47%,重复性为0.18%,迟滞为0.18%。此外,该传感器具有体积小、灵敏度高、电磁兼容、生物兼容以及稳定性强等优点,在生物医学和医疗领域具备巨大的商业转化价值。 展开更多

关键词 光纤传感器 法布里-珀罗 微型化 压力测量 微机电系统

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用于冲击波测量的硅MEMS光纤法珀压力传感器

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作者 殷建雄 王军 +3 位作者 王昊星 万顺 刘佳 贾平岗 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第3期452-459,共8页

本文提出了一种基于微机电系统(MEMS)的光纤法布里-珀罗压力传感器,可用于冲击波等瞬态压力测量。该传感器敏感单元由深反应离子刻蚀(DRIE)后的单晶硅和BF33玻璃晶圆通过阳极键合制成,并通过激光熔接技术实现光纤与敏感单元的无胶化集... 本文提出了一种基于微机电系统(MEMS)的光纤法布里-珀罗压力传感器,可用于冲击波等瞬态压力测量。该传感器敏感单元由深反应离子刻蚀(DRIE)后的单晶硅和BF33玻璃晶圆通过阳极键合制成,并通过激光熔接技术实现光纤与敏感单元的无胶化集成。通过搭建信号解调实验平台,对静态和动态压力环境下的传感器性能进行测试。实验结果表明,该传感器在0~10 MPa压力范围内具有良好的线性响应,满量程非线性误差为0.41%,迟滞为0.37%,传感器的上升时间为8.5μs。该传感器具备抗电磁干扰、可批量化制备、一致性高、成本低等优点,理论谐振频率为1.39 MHz,展示了其在爆炸场等恶劣环境下进行动态压力测量的良好应用前景。 展开更多

关键词 法布里-珀罗 冲击波 光纤传感器 压力测量

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基于石英MEMS技术的光纤法布里-珀罗高温压力传感器 被引量：5

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作者 李加顺 贾平岗 +3 位作者 王军 刘佳 安国文 熊继军 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期204-213,共10页

提出并实验验证了一种全石英光纤法布里-珀罗高温动态压力传感器,利用MEMS技术及三层石英玻璃高温热压键合技术实现了传感器敏感单元的批量化制造。为了减小传感器的温度系数,将敏感单元、中空石英管及镀金光纤通过CO_(2)激光熔接技术... 提出并实验验证了一种全石英光纤法布里-珀罗高温动态压力传感器,利用MEMS技术及三层石英玻璃高温热压键合技术实现了传感器敏感单元的批量化制造。为了减小传感器的温度系数,将敏感单元、中空石英管及镀金光纤通过CO_(2)激光熔接技术进行熔接,从而实现全石英结构光纤压力传感器的制作。对制作的传感器进行了高温静压及常温动压测试,高温静压实验结果表明传感器能在800℃,1 MPa温压环境下正常工作,且传感器表现出了良好的高温稳定性及超低温度系数(0.069 nm/℃)。常温动压测试结果表明传感器能实现2 kHz的动态压力测量。由于该种传感器具有全石英无胶粘结构,可批量化制造敏感单元以及超低温度系数的优点,使得该种全石英光纤法布里-珀罗动态压力传感器在高温环境下的动态压力测量领域具有潜在的应用潜力。 展开更多

关键词 光纤传感器 法布里-珀罗 干涉 石英 压力测量

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光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器研究进展 被引量：10

4

作者 李爱武 单天奇 +4 位作者 国旗 潘学鹏 刘善仁 陈超 于永森 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期609-624,共16页

光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器具有体积小、制作简单、灵敏度高、耐高温和抗电磁干扰等优点,广泛应用于航空航天、能源工业及环境监测等领域。本文首先介绍了光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的传感原理、传感性能、传感特性和制备... 光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器具有体积小、制作简单、灵敏度高、耐高温和抗电磁干扰等优点,广泛应用于航空航天、能源工业及环境监测等领域。本文首先介绍了光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的传感原理、传感性能、传感特性和制备方法。然后对其温度、压力和应变的灵敏度和测量范围等特征参数进行了归纳。总结了光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的国内外研究进展及性能参数。介绍了光纤法布里-珀罗干涉仪传感器温度和压力的交叉敏感问题及解决方法和基于不同种类光纤的法布里-珀罗干涉仪高温传感特性。针对近几年光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的研究进展,介绍了多种用于双参数测量的光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器。最后对光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器的未来发展趋势和前景进行了展望。 展开更多

关键词 光纤法布里-珀罗干涉仪 高温传感器 高温压力测量

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基于氧化锆陶瓷的光纤F-P腔压力传感器研究 被引量：4

5

作者 肖磊 邵宇鹰 +2 位作者 庞拂飞 刘奂奂 彭鹏 《光通信技术》 北大核心 2019年第8期28-31,共4页

以高温环境压力传感器应用需求为背景,提出了一种基于氧化锆陶瓷的光纤法布里-珀罗(F-P)腔传感器,它以氧化锆套筒、LC陶瓷插芯和标准单模光纤为传感器组件,利用粘结胶对3个组件固定封装,制备膜片式空气隙F-P腔压力传感器.在压力装置中... 以高温环境压力传感器应用需求为背景,提出了一种基于氧化锆陶瓷的光纤法布里-珀罗(F-P)腔传感器,它以氧化锆套筒、LC陶瓷插芯和标准单模光纤为传感器组件,利用粘结胶对3个组件固定封装,制备膜片式空气隙F-P腔压力传感器.在压力装置中对封装后的传感器进行0.5~4.0 MPa的压力测试,追踪1543.67 nm反射光谱波谷处波长移动,分别绘制出升压和降压过程中的光谱响应曲线,通过线性拟合后,传感器灵敏度可达9.5 nm/MPa,具有较好的线性度. 展开更多

关键词 光纤法布里-珀罗腔传感器 氧化锆陶瓷 压力测试

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用于蒙皮外表面空气流测量的MEMS微型压力传感器 被引量：2

6

作者 陈爽 李晓莹 +1 位作者 马炳和 苑伟政 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2005年第3期312-314,374,共4页

为实现飞行器蒙皮外表面空气流的分布式压力检测,设计了基于微机电系统(MEMS)技术的光学压力微型传感器。传感器敏感元件主体结构采用单晶硅的法布里帕罗标准具,并通过光纤与发光二极管和光电探测器等光学元件相连。确定了MEMS微型传感... 为实现飞行器蒙皮外表面空气流的分布式压力检测,设计了基于微机电系统(MEMS)技术的光学压力微型传感器。传感器敏感元件主体结构采用单晶硅的法布里帕罗标准具,并通过光纤与发光二极管和光电探测器等光学元件相连。确定了MEMS微型传感器的关键结构与尺寸,并对压力敏感膜片的变形及反射率等进行了理论计算和行为仿真,结果表明达到预期的设计目标。该传感器具有精度高、抗电磁干扰、尺寸小、耗能低等优点。 展开更多

关键词 微机电系统 微型压力传感器 法布里-帕罗压力传感器

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基于F-P腔的光纤MEMS压力传感器 被引量：4

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作者 赵琴琴 江毅 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2019年第1期16-19,共4页

为了满足航天、工业等领域对微型压力传感器的需求,提出了一种基于非本征型法布里-珀罗腔的光纤MEMS压力传感器。该传感器的传感头由硅片、Pyrex7740玻璃经阳极键合制作而成,传感头与光纤准直器采用紫外胶粘合。法布里-珀罗腔的长度随... 为了满足航天、工业等领域对微型压力传感器的需求,提出了一种基于非本征型法布里-珀罗腔的光纤MEMS压力传感器。该传感器的传感头由硅片、Pyrex7740玻璃经阳极键合制作而成,传感头与光纤准直器采用紫外胶粘合。法布里-珀罗腔的长度随加载压力的增大呈线性减小趋势,从而引起干涉光谱的变化,采用白光干涉解调方法获得法布里-珀罗腔的长度。实验测试结果表明该传感器在0～1 MPa测量范围内压力-腔长灵敏度为5. 14μm/MPa,线性度达到0. 999;在传感器使用范围0～80℃内,温度灵敏度为2. 6 nm/℃。 展开更多

关键词 光纤传感器 压力传感器 法布里-珀罗干涉 阳极键合

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微纳光纤Fabry-Perot超低温压力传感器研究 被引量：5

8

作者 张雨彤 江毅(指导) +1 位作者 崔洋 冯新星 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期221-227,共7页

提出了一种用于超低温环境的微纳光纤非本征法布里-珀罗干涉仪压力传感器。单模光纤端面通过飞秒激光刻蚀出微孔,与无芯光纤熔接形成密闭的法珀腔。通过将无芯光纤切割、研磨等步骤,制作出微纳光纤压力传感器。利用飞秒激光微加工,可以... 提出了一种用于超低温环境的微纳光纤非本征法布里-珀罗干涉仪压力传感器。单模光纤端面通过飞秒激光刻蚀出微孔,与无芯光纤熔接形成密闭的法珀腔。通过将无芯光纤切割、研磨等步骤,制作出微纳光纤压力传感器。利用飞秒激光微加工,可以加工出不同孔径的微孔及不同厚度的膜片,得到不同灵敏度及测量压力范围的压力传感器。实验结果表明,提出的传感器在-196℃、0~5 MPa的压力范围内表现出良好的线性度,压力升高和降低过程中腔长-压力灵敏度分别为110.33 nm/MPa和110.68 nm/MPa。该传感器能够满足超低温环境下的压力测量需求。 展开更多

关键词 非本征法布里-珀罗干涉仪 光纤传感器 飞秒激光微加工 超低温 压力测量

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光纤压力传感器 被引量：4

9

作者 赵中华 高应俊 骆宇锋 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2005年第12期49-51,54,共4页

提出一种记数法布里珀罗(F-P)腔的干涉条纹的光纤压力传感器,可以用于易燃、易爆的环境。阐述了它的设计原理、参数的设置和误差的讨论及改进。试验结果表明:光纤F-P腔脉冲计数压力传感器结构简单、成本低、抗干扰能力强,具有很大的测... 提出一种记数法布里珀罗(F-P)腔的干涉条纹的光纤压力传感器,可以用于易燃、易爆的环境。阐述了它的设计原理、参数的设置和误差的讨论及改进。试验结果表明:光纤F-P腔脉冲计数压力传感器结构简单、成本低、抗干扰能力强,具有很大的测量范围和分辨力,分别达到10m和0.02%。 展开更多

关键词 光纤压力传感器 法布里-珀罗腔 干涉条纹

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临近空间飞行高温真空光纤绝压传感器设计 被引量：1

10

作者 张雨彤 江毅 +1 位作者 杨水旺 张大有 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第3期118-123,共6页

研制了一种用于临近空间飞行器在高温环境下的蓝宝石非本征法布里-珀罗干涉仪(extrinsic Fabry-Perot interferometer,EFPI)型光纤绝对压力传感器。蓝宝石晶片压力传感头由3片厚度不同的蓝宝石晶片键合构成,形成复合法布里-珀罗(Fabry-P... 研制了一种用于临近空间飞行器在高温环境下的蓝宝石非本征法布里-珀罗干涉仪(extrinsic Fabry-Perot interferometer,EFPI)型光纤绝对压力传感器。蓝宝石晶片压力传感头由3片厚度不同的蓝宝石晶片键合构成,形成复合法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)腔,可以同时测量温度和绝对压力,通过实时监测温度,对压力测量进行温度补偿,去除温度对压力测量的影响。实验结果表明:900℃内的每个温度点下,密封FP腔的光学腔长随压力线性变化;室温下,压力灵敏度为11.6 nm/kPa,压力灵敏度随温度的上升略微升高,压力测量的分辨率达到86 Pa。 展开更多

关键词 光纤压力传感器 非本征法布里-珀罗干涉仪 蓝宝石晶片 绝对压力测量

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光纤压力传感器测量的最小偏差腔长解调算法

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作者 申雅峰 江毅 隋广慧 《计量学报》 CSCD 北大核心 2023年第8期1235-1239,共5页

在光纤传感技术领域应用基于法珀腔(外腔式法布里-珀罗干涉腔)结构的光纤压力传感器进行气体压力测量时,由于传感器结构决定了腔长动态范围相对较小,需要高分辨率的腔长测量方法。因此针对基于法珀腔结构的光纤压力传感器进行绝对腔长... 在光纤传感技术领域应用基于法珀腔(外腔式法布里-珀罗干涉腔)结构的光纤压力传感器进行气体压力测量时,由于传感器结构决定了腔长动态范围相对较小,需要高分辨率的腔长测量方法。因此针对基于法珀腔结构的光纤压力传感器进行绝对腔长解调算法研究,提出一种高精度最小偏差腔长解调算法,通过将法珀腔光纤压力传感器密封在压力标准源中,对等间隔压力变化产生的不同腔长进行实时解调,实现了气体压力的实时测量。实验结果表明,法珀腔光纤压力传感器腔长值随压差变化呈现出良好的线性关系和重复性,腔长测量的重复性为±1 nm,精度为0.1496%,压力测量的重复性为0.12%,压力测量的精度优于0.5%。 展开更多

关键词 计量学 压力测量 光纤传感器 外腔式法布里-珀罗干涉腔 腔长解调

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基于光纤传输和LabVIEW虚拟仪器的压力测量系统设计 被引量：6

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作者 刘麒 王影 李硕 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2018年第9期75-78,共4页

文中采用法布里光纤传感器,建立了传感器的理论模型,并基于Lab VIEW语言设计了压力精确测量的软件,该软件具有数据采集、分析等功能。实际压力测试结果表明,系统在数据采集与处理分析方面具有较好的性能,传感器压力与入射光线波长之间... 文中采用法布里光纤传感器,建立了传感器的理论模型,并基于Lab VIEW语言设计了压力精确测量的软件,该软件具有数据采集、分析等功能。实际压力测试结果表明,系统在数据采集与处理分析方面具有较好的性能,传感器压力与入射光线波长之间存在线性关系,并且系统的压力测试的重复性较高。 展开更多

关键词 压力-波长 法布里光纤传感器 LABVIEW平台 重复度

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用于FBG解调的光纤F-P可调滤波器温漂抑制 被引量：1

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作者 秦川 赵建林 +2 位作者 姜碧强 姜亚军 黄钊 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期664-667,共4页

光纤法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)是组成光纤布拉格光栅(FBG)传感器解调系统的核心器件之一,其稳定性对解调精度的提高至关重要,而温度漂移是影响其稳定性的关键因素之一。针对实际应用中遇到的FFP-TF温漂问题,分析了温漂产生的原因... 光纤法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)是组成光纤布拉格光栅(FBG)传感器解调系统的核心器件之一,其稳定性对解调精度的提高至关重要,而温度漂移是影响其稳定性的关键因素之一。针对实际应用中遇到的FFP-TF温漂问题,分析了温漂产生的原因和滤波器在给定驱动电压下中心波长随温度的变化关系,提出了一种温度控制与参考光栅相结合的复合温漂抑制方法,实验分析了相应温控装置的性能并将其成功用于FBG压力传感器的信号解调系统中。结果表明,基于该温漂抑制方法的FFP-TF解调方案,可广泛应用于FBG传感器系统中。 展开更多

关键词 压力传感器 光纤布拉格光栅实验 稳定性 温度控制 光纤法布里-珀罗可调滤波器 解调 温漂抑制

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