光纤法布里—珀罗MEMS压力传感器的研究

• 作 者: 葛益娴
• 机 构: 南京师范大学
• 出 处: 南京师范大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 光纤传感 微机电系统 压力传感器 相位解调 数值模拟

传感器的微小型化、多功能、高灵敏度和批量生产能力已是工业生产和国防建设的迫切需求。微机电系统(MEMS)传感器和光纤传感器仍然是当前研究和开发的热点。光纤MEMS压力传感器既具备MEMS传感器体积小、功能强、灵敏度高和易于批量生产的优点，又具备光纤传感器传输频带宽、动态测量范围大、易于组成分布式测量网的特点。我们研制的光纤MEMS压力传感器是对现有的压力传感器技术的提高和补充，能够满足科学研究和生产需求，有望解决传感器向微型化发展和批量生产时遇到的问题，适用于强电磁干扰、易燃易爆等恶劣环境，在石油化工和航空航天领域有广泛应用前景。　　
设计并研制了一种基于相位法解调的光纤MEMS压力传感器。对光纤法布里-珀罗干涉型MEMS压力传感器进行了理论分析和数值模拟，分析了该传感器各个参量对压力测量性能的影响。获得了优化的传感器参数，设计了独特的硅膜-玻璃环-光纤微腔结构，直接结合商用的光纤和法兰盘制作传感器。简化了工艺，降低了成本，提高了传感器的可靠性。建立了传感器解调实验系统，用基于傅立叶变换的相位法解调传感器，实验结果表明传感器性能良好。　　
设计并研制了一种台面膜型的传感器。建立台面膜的力学模型，推导膜的最大挠度公式。ANSYS仿真模拟平面膜与台面膜受压后挠度变化曲线，并对其进行平行度分析。分析了比较信号平均效应对两种膜型的影响。设计传感器的加工步骤，详细考虑了双面对准工艺中掩模板的制作。建立传感器的测试系统，对完成的传感器的样品进行线性度、重复性的性能测试并给出实验结果，并与平面膜进行分析比较。　　
设计并研制了一种基于光纤腐蚀的微型非本征型压力传感器。提出了一种全石英制作的F-P型传感器模型，讨论了EFPI传感器的灵敏度与分辨率。设计了传感器的加工步骤，详细讨论了关键步骤HF腐蚀多模光纤以及单模光纤与多模光纤的熔接实验。用波长法解调传感器。建立测试系统，对传感器性能进行测试。