CN110068405A - 一种光学压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种光学压力传感器，包括激光光源、分束装置、检测单元、反射镜和光斑探测器；检测单元包括一导电变形层和反射层；激光光源发射出的激光经分束装置分束后形成透射光和反射光；透射光经反射层后进入光斑探测器；透射光与反射层之间形成第一反射角；反射光经反射镜反射后进入光斑探测器；反射光与反射镜之间形成第二反射角；第一反射角等于第二反射角。本发明通过比较反射镜的反射光和应变检测单元反射光的光斑位置即可以获得外界的压力参数值，具有结构简单、抗干扰性强、反应速度快、精度高、灵敏度高且成本低的优点。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，尤其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，传感器需要满足抗干扰性强、稳定性高、响应速度快、振动等要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学压力传感器，其结构简单、便于操作、抗干扰性强、灵敏度和精确度较高。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种光学压力传感器，包括激光光源、分束装置、检测单元、反射镜和光斑探测器；
其中，所述检测单元包括一导电变形层和反射层；
所述激光光源发射出的激光经所述分束装置分束后形成透射光和反射光；
所述透射光经所述反射层后进入所述光斑探测器；所述透射光与反射层之间形成第一反射角；
所述反射光经所述反射镜反射后进入所述光斑探测器；所述反射光与反射镜之间形成第二反射角；
所述第一反射角等于所述第二反射角。
优选地，所述透射光与所述检测单元之间的入射角和第一发射角之间的夹角为0°～180°。
优选地，所述导电变形层包括一对电极构件；所述电极构件包括一电极和一石墨层；所述电极形成于所述石墨层上；所述石墨层形成于所述反射层上。
优选地，其中一个所述电极构件形成于所述发射层的反射面上。
优选地，所述电极为铜电极。
优选地，所述反射层包括依次贴合的二氧化硅层和硅层；所述二氧化硅层朝向所述透射光方向设置。
优选地，经所述分束装置形成的所述透射光沿激光光源的输出光轴方向；经所述分束装置形成的所述反射光垂直于激光光源的输出光轴方向。
优选地，所述激光波长为300nm～1800nm。
与现有技术相比，本发明的优点为：
1)本发明仅包括激光光源、分束装置、检测单元、反射镜和光斑探测器5个光路元件即可实现压力测量，光路元件少，系统简单；
2)通过比较反射镜的反射光和应变检测单元反射光的光斑位置即可以获得外界的压力参数值，具有抗干扰性强、反应速度快、精度高、灵敏度高且成本低的优点。
附图说明
图1为本发明一实施例的光学压力传感器的结构示意图。
其中，100-激光光源，200-分束装置，300-反射镜，400-光斑探测器，500-检测单元，510-电极，520-石墨层，530-二氧化硅层，540-硅层。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的光学压力传感器进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
如图1所示，一种光学压力传感器，包括激光光源100、分束装置200、检测单元500、反射镜300和光斑探测器400；其中，检测单元500包括一导电变形层和反射层；导电变形层接上电源之后发热，检测单元500变形产生压力变形；激光光源100发射出的激光经分束装置200分束后形成透射光和反射光；透射光经反射层后进入光斑探测器400；透射光与反射层之间形成第一反射角；反射光经反射镜300反射后进入光斑探测器400；反射光与反射镜300之间形成第二反射角；第一反射角等于第二反射角，即经反射镜300反射的激光位置作为基准位置，经检测单元500反射的激光位置为应变位置。
在本实施例中，透射光与检测单元500之间的入射角和第一发射角之间的夹角为90°，在本实施例以外的其他实施例中，夹角可为45°、90°、135°或150°等。
在本实施例中，导电变形层包括一对电极510构件；电极510构件包括一电极510和一石墨层520；电极510形成于石墨层520上；石墨层520形成于反射层上。一对电极510包括正电极和负电极分别接入外电源的正极和负极。
在本实施例中，其中一个电极510构件形成于发射层的反射面上，另一个电极510构件形成于反射面的相对面，以使得该检测单元500的变形均匀，从而使得透射光经该检测单元500反射后，激光位置发生位移时较灵敏，进而提高该光学压力传感器的灵敏度。
在本实施例中，电极510为铜电极，降低了成本。
在本实施例中，反射层包括依次贴合的二氧化硅层530和硅层540；二氧化硅层530朝向透射光方向设置，即透射光在二氧化硅层530上发生反射。
在本实施例中，经分束装置200形成的透射光沿激光光源100的输出光轴方向；经分束装置200形成的反射光垂直于激光光源100的输出光轴方向。
在本实施例中，激光波长为300nm～1800nm。
本发明的工作原理为：经反射镜300反射的激光位置作为基准值，经检测单元500反射的激光会随着导电变形层的压力变化产生位移，通过比较反射镜300的反射光光斑位置和应变检测单元500反射光的光斑位置可以获得外界的压力参数值。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种光学压力传感器，其特征在于，包括激光光源、分束装置、检测单元、反射镜和光斑探测器；
其中，所述检测单元包括一导电变形层和反射层；
所述激光光源发射出的激光经所述分束装置分束后形成透射光和反射光；
所述透射光经所述反射层后进入所述光斑探测器；所述透射光与反射层之间形成第一反射角；
所述反射光经所述反射镜反射后进入所述光斑探测器；所述反射光与反射镜之间形成第二反射角；
所述第一反射角等于所述第二反射角。
2.根据权利要求1所述的光学压力传感器，其特征在于，所述透射光与所述检测单元之间的入射角和第一发射角之间的夹角为0°～180°。
3.根据权利要求1所述的光学压力传感器，其特征在于，所述导电变形层包括一对电极构件；所述电极构件包括一电极和一石墨层；所述电极形成于所述石墨层上；所述石墨层形成于所述反射层上。
4.根据权利要求3所述的光学压力传感器，其特征在于，其中一个所述电极构件形成于所述发射层的反射面上。
5.根据权利要求3所述的光学压力传感器，其特征在于，所述电极为铜电极。
6.根据权利要求1所述的光学压力传感器，其特征在于，所述反射层包括依次贴合的二氧化硅层和硅层；所述二氧化硅层朝向所述透射光方向设置。
7.根据权利要求1所述的光学压力传感器，其特征在于，经所述分束装置形成的所述透射光沿激光光源的输出光轴方向；经所述分束装置形成的所述反射光垂直于激光光源的输出光轴方向。
8.根据权利要求1所述的光学压力传感器，其特征在于，所述激光波长为300nm～1800nm。
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