CN107843367A - 光学压力传感器 - Google Patents
光学压力传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107843367A CN107843367A CN201710907662.0A CN201710907662A CN107843367A CN 107843367 A CN107843367 A CN 107843367A CN 201710907662 A CN201710907662 A CN 201710907662A CN 107843367 A CN107843367 A CN 107843367A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light intensity
- pressure sensor
- intensity detector
- silicon dioxide
- beam splitting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 25
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 25
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000003862 health status Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
本发明涉及一种光学压力传感器，包括激光光源、起偏器、分束装置、第一光强探测器、压力模块及第二光强探测器；压力模块是由石英、二氧化硅微球层、石榴石和石墨依次贴合构成；激光光源发射出的激光经过起偏器，再经过分束装置分成两束光，反射光进入第一光强探测器，透射光进入压力模块，依次经过石英、二氧化硅微球层、石榴石，从石墨中间通孔穿出到达第二光强探测器。石墨接上电源之后产生压力，通过比较两个光强探测器的激光能量即可获得压力参数。此光学压力传感器具有操作简单、精度高、线性度好、量程宽、结果直观和成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器技术，特别涉及一种光学压力传感器。
背景技术
随着传感器技术的发展，压阻式、电容式、谐振式等压力传感器在汽车、航天、生物等领域都有着广泛的应用。但是上述压力传感器在灵敏度、 动态性能、量程、电磁兼容等方面急需提高。为了解决上述问题，近年来又出现了新型的光学压力传感器，并得到了越来越多的关注。光学压力传感器具有抗辐射、抗电磁场干扰、工艺简单、尺寸小、灵敏度高、精度高、量程宽等优点，适合在太空、沙漠、石油钻井等高辐射、高电磁干扰、高温等极端环境中应用。光学压力传感器对压力的检测主要建立在压力和光学信号之间的关系。比如光的强度、光的相位、光的波长等。目前，压力传感器主要分为光纤压力传感器和基于硅平面工艺的光学压力传感器。目前，光学压力传感器主要采用基于二氧化硅拼接工艺，需要将微米量级的二氧化硅按照一定顺序排列并焊接。该光学压力传感器存在结构复杂、加工难度大、精确度不高、温度稳定性差等缺点。
目前在军事领域，比如航天器材、飞机等领域压力的控制及监测，健康状态监测的需要，对于传感器的性能提出更高的要求，尤其是为了满足航天航空需求，传感器需要满足耐高温、稳定性高、响应速度快、振动等要求。
发明内容
本发明是针对光学压力传感器存在的问题，提出了一种光学压力传感器，采用二氧化硅自组装技术，传感器结构简单、便于操作、精确度高、温度稳定性好。
本发明的技术方案为：一种光学压力传感器，包括激光光源、起偏器、分束装置、第一光强探测器、压力模块及第二光强探测器；激光光源、起偏器、分束装置、压力模块及第二光强探测器依次沿激光光源输出光轴摆放，第一光强探测器置于分束装置正下方；压力模块是由石英、二氧化硅微球层、石榴石和石墨依次贴合构成，石墨正中心有通孔；
激光光源发射出的激光经过起偏器，再经过分束装置分成两束光，反射光进入第一光强探测器，透射光进入压力模块，依次经过石英、二氧化硅微球层、石榴石，从石墨中间通孔穿出到达第二光强探测器。
所述二氧化硅微球层采用自组装方式生长在石榴石基底上。
所述二氧化硅微球层中二氧化硅微球的直径尺寸为10纳米～100微米。
所述石墨正中心通孔直径大于二氧化硅微球的直径，为5微米～2毫米。
本发明的有益效果在于：本发明光学压力传感器，具有操作简单、精度高、线性度好、量程宽、结果直观和成本低等优点。
附图说明
图1为本发明光学压力传感器结构示意图。
具体实施方式
如图1所示的光学压力传感器的结构示意图，包括激光光源100、起偏器200、分束装置300、第一光强探测器400、压力模块500及第二光强探测器600。激光光源100、起偏器200、分束装置300、压力模块500及第二光强探测器600依次沿激光光源100输出光轴摆放，第一光强探测器400置于分束装置300正下方。
压力模块是由石英501、二氧化硅微球层502、石榴石503和石墨504依次贴合构成，石墨504正中心有通孔。激光光源100发射出的激光经过起偏器200变为线偏振光，再经过分束装置300分成两束光，反射光进入第一光强探测器300，透射光进入压力模块500，依次经过石英501、二氧化硅微球层502、石榴石503，从石墨中间通孔穿出到达第二光强探测器600。石墨接上电源之后发热，压力模块变形产生压力，通过比较两个光强探测器的激光能量即可获得压力参数。
所述激光光源100为小功率半导体激光器，输出激光波长300nm～800nm或者900nm～1700nm。
所述的二氧化硅微球层502采用自组装方式（基本单元（原子，纳米材料）在不受人为外力的介入，自行聚焦、组织成规则有序结构的一种技术）生长在石榴石基底上。并且二氧化硅微球的直径尺寸为10纳米～100微米。对应二氧化硅微球的直径石墨504选择通孔尺寸直径5微米～2毫米，保证通孔直径大于二氧化硅微球的直径。
Claims (4)
1.一种光学压力传感器，其特征在于，包括激光光源、起偏器、分束装置、第一光强探测器、压力模块及第二光强探测器；激光光源、起偏器、分束装置、压力模块及第二光强探测器依次沿激光光源输出光轴摆放，第一光强探测器置于分束装置正下方；压力模块是由石英、二氧化硅微球层、石榴石和石墨依次贴合构成，石墨正中心有通孔；
激光光源发射出的激光经过起偏器，再经过分束装置分成两束光，反射光进入第一光强探测器，透射光进入压力模块，依次经过石英、二氧化硅微球层、石榴石，从石墨中间通孔穿出到达第二光强探测器。
2.根据权利要求1所述光学压力传感器，其特征在于，所述二氧化硅微球层采用自组装方式生长在石榴石基底上。
3.根据权利要求2所述光学压力传感器，其特征在于，所述二氧化硅微球层中二氧化硅微球的直径尺寸为10纳米～100微米。
4.根据权利要求3所述光学压力传感器，其特征在于，所述石墨正中心通孔直径大于二氧化硅微球的直径，为5微米～2毫米。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710907662.0A CN107843367A (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 光学压力传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710907662.0A CN107843367A (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 光学压力传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107843367A true CN107843367A (zh) | 2018-03-27 |
Family
ID=61661546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710907662.0A Pending CN107843367A (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 光学压力传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107843367A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110068405A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-07-30 | 上海理工大学 | 一种光学压力传感器 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003156643A (ja) * | 2001-11-20 | 2003-05-30 | Shinzo Muto | 光学素子及びそれを用いた計測装置 |
| CN1470005A (zh) * | 2000-09-26 | 2004-01-21 | 浜松光子学株式会社 | 光纤耦合装置、波长可变器、压力传感器、加速度传感器以及光学装置 |
| CN105181191A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-12-23 | 中国计量学院 | 一种可调谐光纤微型法布里-珀罗压力传感装置 |
| CN106546867A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-03-29 | 上海理工大学 | 基于石榴石的光学漏电流传感器 |
| CN106771496A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-05-31 | 上海理工大学 | 一种光学电流传感器 |
| CN106872756A (zh) * | 2017-01-13 | 2017-06-20 | 上海理工大学 | 基于石榴石的光学漏电流测试装置 |
-
2017
- 2017-09-29 CN CN201710907662.0A patent/CN107843367A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1470005A (zh) * | 2000-09-26 | 2004-01-21 | 浜松光子学株式会社 | 光纤耦合装置、波长可变器、压力传感器、加速度传感器以及光学装置 |
| JP2003156643A (ja) * | 2001-11-20 | 2003-05-30 | Shinzo Muto | 光学素子及びそれを用いた計測装置 |
| CN105181191A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-12-23 | 中国计量学院 | 一种可调谐光纤微型法布里-珀罗压力传感装置 |
| CN106546867A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-03-29 | 上海理工大学 | 基于石榴石的光学漏电流传感器 |
| CN106771496A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-05-31 | 上海理工大学 | 一种光学电流传感器 |
| CN106872756A (zh) * | 2017-01-13 | 2017-06-20 | 上海理工大学 | 基于石榴石的光学漏电流测试装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110068405A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-07-30 | 上海理工大学 | 一种光学压力传感器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liang et al. | Temperature compensation fiber Bragg grating pressure sensor based on plane diaphragm | |
| CN102901593B (zh) | 一种基于双l型梁的光纤光栅土压力传感器 | |
| CN103335757B (zh) | 晶体型压力、应力或加速度传感器及光学测量方法 | |
| US20220344070A1 (en) | Multi-dimensional optical tweezers calibration device and method based on electric field quantity calibration | |
| CN101348233A (zh) | 微结构谐振梁压力传感器 | |
| CN102865900B (zh) | 光纤光栅液位传感器及其制备方法 | |
| Liu et al. | Fiber Bragg grating based displacement sensors: State of the art and trends | |
| Leduc et al. | Architecture of optical fiber sensor for the simultaneous measurement of axial and radial strains | |
| CN106017756A (zh) | 一种基于亚微米超平滑金属薄膜的高灵敏fp压力传感器 | |
| CN107843291A (zh) | 一种光纤温度压力复合传感器 | |
| CN103823125A (zh) | 一种基于细芯光纤和磁流体的电场传感器 | |
| CN104406573A (zh) | 一种基于无芯光纤的可辨方向倾角传感器 | |
| CN208902127U (zh) | 光纤微位移传感器 | |
| CN107843367A (zh) | 光学压力传感器 | |
| CN103278098A (zh) | 基于双fbg悬挂式探头结构的超精密微位移传感系统及加工方法 | |
| CN207540692U (zh) | 阵列光纤测金属/复合材料层间温度与应变装置 | |
| He et al. | Online monitoring method of degree of cure during non-isothermal microwave curing process | |
| He et al. | A novel fiber Bragg grating vibration sensor with double equal-strength cantilever beams | |
| CN102853953A (zh) | 一种基于微光纤布拉格光栅微拉力传感装置及制备 | |
| CN109883586B (zh) | 一种基于偏振干涉的铌酸锂晶体压力传感器及其应用 | |
| CN110068405A (zh) | 一种光学压力传感器 | |
| Wang et al. | Diaphragm-based extrinsic Fabry-Perot interferometric optical fiber pressure sensor | |
| CN113138044B (zh) | 一种用于矢量应力监测的微光纤偏振耦合器 | |
| Su et al. | Multi-Physical Coupling Simulation of Thermal Effect on the Membrane Vibration Characteristics of Fabry-Perot Sensors. | |
| Xie et al. | Measurement of the high-temperature strain of UHTC materials using chemical composition gratings |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180327 |