CN113607332A - 静压传感器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传感器技术领域，公开了一种静压传感器的制作方法，包括如下步骤：提供第一毛细管和光纤，将第一毛细管套设于光纤外；采用UV胶将第一毛细管与光纤同轴固定，并使光纤的第一端伸出第一毛细管的第一端，伸长量为L0；提供内径大小为D1的第二毛细管，将第二毛细管用疏水溶液浸泡，经过烘干处理后，使第二毛细管的内壁附上一层疏水膜；将第二毛细管套设于第一毛细管外；采用UV胶将第二毛细管与第一毛细管同轴固定，并使第二毛细管的第一端伸出光纤的第一端，伸长量为L1。采用本方法制作而成的传感器，在做静态压力测量时，具有较高的灵敏度，并能够通过设计L0、L1和D1之间的关系，来优化传感器的量程和灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种静压传感器的制作方法。
背景技术
液体压力传感器广泛应用于工业、医疗以及环境勘探等领域，而光纤FPI压力传感器由于其易于应用加装、体积较小、能够适应于受限空间和极端环境，受到了极大的欢迎。现有技术中，依靠光纤结构在液体压力下产生形变进行传感的光纤FPI液压传感器灵敏度不高，引入增敏结构可以一定程度上提高光纤FPI液压传感器的灵敏度，但是会增加FPI液压传感器探头的体积以及结构的复杂性，不易加工；膜结构的光纤FPI液压传感器虽然具有较高的灵敏度，但是超薄的膜结构在受压时易损坏，使得光纤FPI液压传感器的使用寿命较低。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种静压传感器的制作方法，能够制作出一种灵敏度较高的适用于静压测量的传感器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种静压传感器的制作方法，包括如下步骤：
S1、提供第一毛细管和光纤，将第一毛细管套设于光纤外；
S2、采用UV胶将第一毛细管与光纤同轴固定，并使光纤的第一端伸出第一毛细管的第一端，伸长量为L0；
S3、提供内径大小为D1的第二毛细管，将第二毛细管用疏水溶液浸泡，经过烘干处理后，使第二毛细管的内壁附上一层疏水膜；
S4、将第二毛细管套设于第一毛细管外；
S5、采用UV胶将第二毛细管与第一毛细管同轴固定，并使第二毛细管的第一端伸出光纤的第一端，伸长量为L1。
上述的静压传感器的制作方法，所述步骤S2具体包括如下步骤：
S21、采用微位移平台将第一毛细管的第一端与光纤的第一端同轴放置；
S22、在第一毛细管的第一端和光纤的第一端进行UV胶点涂及紫外固化，使光纤的第一端伸出第一毛细管的第一端，且伸长量为L0；
S23、采用微位移平台将第一毛细管的第二端与光纤的第二端同轴放置；
S24、在第一毛细管的第二端和光纤的第二端进行UV胶点涂及紫外固化。
上述的静压传感器的制作方法，所述步骤S22具体包括：首先使光纤的第一端伸出第一毛细管的第一端，且伸长量大于L0，在光纤伸长部位靠近第一毛细管处进行UV胶点涂，再使光纤的第一端回退一定距离，使得光纤的第一端伸出第一毛细管的第一端的伸长量为L0，最后进行紫外固化。
上述的静压传感器的制作方法，在所述步骤S1中，提供第一毛细管和光纤之后，分别将第一毛细管的第一端和光纤的第一端切平，使得第一毛细管的第一端的端面垂直于第一毛细管的轴线，光纤的第一端的端面垂直于光纤的轴线，之后，再将第一毛细管套设于光纤外。
上述的静压传感器的制作方法，在所述步骤S3中，提供第二毛细管后，将第二毛细管的第一端切平，使得第二毛细管的第二端的端面垂直于第二毛细管的轴线，之后，再将第二毛细管用疏水溶液浸泡处理。
上述的静压传感器的制作方法，所述步骤S5具体包括如下步骤：
S51、采用微位移平台将第二毛细管与第一毛细管同轴放置，并使第二毛细管的第一端伸出光纤的第一端，且伸长量为L1，从第二毛细管的第二端进行UV胶点涂，当UV胶被向内吸入并靠近第一毛细管的第一端时，进行紫外固化。
上述的静压传感器的制作方法，在全部步骤中，光纤的第一端的端面保持洁净。
上述的静压传感器的制作方法，在步骤S3中，所述疏水溶液为非油性疏水溶液。
上述的静压传感器的制作方法，在步骤S3中，采用机械烘干或自然烘干的方式对第二毛细管进行烘干处理。
上述的静压传感器的制作方法，在步骤S3中，在无尘环境中对第二毛细管进行烘干处理。
本发明的静压传感器的制作方法，至少具有如下有益效果：采用本方法制作而成的传感器结构较为简单，在制作时，先采用第一毛细管对光纤进行预先固定，以免结构较软的光纤下垂，在后续的固定安装第二毛细管时，能够提高光纤、第一毛细管和第二毛细管之间的同轴度，制作好传感器之后，L0与L1的总和作为传感器的空气腔的总长，在做静态压力测量时，将传感器放入液体中，光纤的第一端的端面与空气-液体界面充当反射面，构成FP干涉仪，即使液体的压力发生轻微改变，也会改变进入传感器的空气腔内的液体高度，从而引起传感器中光路的变化，能被传感器测量识别，具有较高的灵敏度，并且能够通过设计L0、L1和D1之间的关系，来优化传感器的量程和灵敏度，即使是在液体的压力发生较大改变的情况下，传感器也能正常测量使用，不会损坏，提高了传感器的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明，其中：
图1为本发明实施例的制作流程示意图；
图2为本发明实施例的传感器的结构示意图；
图3为本发明实施例中的液体压力P和Lx的关系图。
附图中：100光纤、200第一毛细管、300第二毛细管、310疏水膜、400UV胶、500液体。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参照图1，本发明的实施例提供了一种静压传感器的制作方法，包括如下步骤：
S1、提供第一毛细管200和光纤100，将第一毛细管200套设于光纤100外；
S2、采用UV胶400将第一毛细管200与光纤100同轴固定，并使光纤100的第一端伸出第一毛细管200的第一端，伸长量为L0；
S3、提供内径大小为D1的第二毛细管300，，将第二毛细管300用疏水溶液浸泡，经过烘干处理后，使第二毛细管300的内壁附上一层疏水膜310；
S4、将第二毛细管300套设于第一毛细管200外；
S5、采用UV胶400将第二毛细管300与第一毛细管200同轴固定，并使第二毛细管300的第一端伸出光纤100的第一端，伸长量为L1。
采用本方法制作而成的传感器结构较为简单，在制作时，先采用第一毛细管200对光纤100进行预先固定，以免结构较软的光纤100下垂，在后续的固定安装第二毛细管300时，能够提高光纤100、第一毛细管200和第二毛细管300之间的同轴度，制作好传感器之后，L0与L1的总和作为传感器的空气腔的总长，在做静态压力测量时，将传感器放入液体500中，光纤100的第一端的端面与空气-液体界面充当反射面，构成FP干涉仪，即使液体500的压力发生轻微改变，也会改变进入传感器的空气腔内的液体500高度，从而引起传感器中光路的变化，能被传感器测量识别，具有较高的灵敏度，并且能够通过设计L0、L1和D1之间的关系，来优化传感器的量程和灵敏度，即使是在液体500的压力发生较大改变的情况下，传感器也能正常测量使用，不会损坏，提高了传感器的使用寿命。需要注意的是，在本发明的实施例中，第一端均指图1中的右端，第二端均指图1中的左端。
具体的，参照图2，假定所提供的第二毛细管300的内径为D1，光纤100的外径为D2，在做静态压力测量时，液体500将会进入到传感器的空气腔内，假定光纤100的第一端的端面到液面的最小距离为Lx，由理想气体状态方程“PV＝nRT”及圆柱体的体积公式“V＝πD2L/4”，可得：
其中，A＝P0D0 2L0+P0D1 2L1，P0为初始压力，L0为扩展空气腔的长度，D0为扩展空气腔的相对内径，且D02＝D12-D22，在已知D1、D2、L0和L1的数值时，可求得传感器可承受的压力P的最小值和最大值，从而得到传感结构的量程；由自由光谱范围FSR的原始公式“FSR＝λ2/2nL”，对应本发明实施例中传感器的结构，可得：
根据测得的FSR的值，通过上述公式计算出Lx的实际值，对应相应的压力P，进而推导出传感器的灵敏度，根据需要，可以通过调整L0、L1和D1的数值和相互关系，进而调整所需要的量程和灵敏度。在本发明的实施例中，提供具体的数值进行说明：
具体的，第二毛细管300的内径D1取值为900μm，光纤100的外径D2取值为125μm，FSR的取值范围在1580nm附近，当L0取值332μm，L1取值498μm，以及L0取值249μm，L1取值581μm时，所获得的传感器在使用过程中，液体500压力P与Lx之间的关系如图3所示，根据P与Lx的拟合直线的斜率，可得到传感器的灵敏度，在图3中的两种情况下，可看到当L0和L1的取值不同时，传感器的灵敏度也不同，在实际应用中，可以根据所需的量程和灵敏度，来设计L0和L1的值。进一步地，在此实施例中，第一毛细管200的内径取值为200μm，长度取值为2cm，第一毛细管200的内径和光纤100的外径相近，以便于预先固定光纤100。
进一步地，步骤S2具体包括如下步骤：
S21、采用微位移平台将第一毛细管200的第一端与光纤100的第一端同轴放置；
S22、在第一毛细管200的第一端和光纤100的第一端进行UV胶400点涂及紫外固化，使光纤100的第一端伸出第一毛细管200的第一端，且伸长量为L0；
S23、采用微位移平台将第一毛细管200的第二端与光纤100的第二端同轴放置；
S24、在第一毛细管200的第二端和光纤100的第二端进行UV胶400点涂及紫外固化。
在步骤S22中，首先在第一毛细管200的第一端和光纤100的第一端进行UV胶400点涂及紫外固化，能够尽可能地保证第一毛细管200的第一端和光纤100的第一端之间的同轴度，当在步骤S24中对第一毛细管200的第二端和光纤100的第二端进行UV胶400点涂及紫外固化时，第一毛细管200的第一端和光纤100的第一端之间已经固定，不会受到第一毛细管200的第二端和光纤100的第二端之间的影响，能够保证L0的尺寸不会产生较大偏差，从将光纤100的两端与第一毛细管200固定，也能避免结构较软的光纤100下垂。
更进一步地，步骤S22具体包括：首先使光纤100的第一端伸出第一毛细管200的第一端，且伸长量大于L0，在光纤100伸长部位靠近第一毛细管200处进行UV胶400点涂，再使光纤100的第一端回退一定距离，使得光纤100的第一端伸出第一毛细管200的第一端的伸长量为L0，最后进行紫外固化。此种方式能够避免在进行UV胶400点涂时，UV胶400溢出第一毛细管200的第一端的端面，从而影响L0的长度，甚至影响传感器的灵敏度和量程。具体地，在进行UV胶400点涂时，涂抹的UV胶400的量足够固定光纤100和第一毛细管200即可，避免涂抹的UV胶400过量导致溢胶。
具体地，在步骤S1中，提供第一毛细管200和光纤100之后，分别将第一毛细管200的第一端和光纤100的第一端切平，使得第一毛细管200的第一端的端面垂直于第一毛细管200的轴线，光纤100的第一端的端面垂直于光纤100的轴线，再将第一毛细管200套设于光纤100外。在步骤S3中，提供第二毛细管300后，将第二毛细管300的第一端切平，使得第二毛细管300的第二端的端面垂直于第二毛细管300的轴线，再将第二毛细管300用疏水溶液浸泡处理。以保证L0和L1的准确性，保证传感器的灵敏度和量程为实际所需。
进一步地，步骤S5具体包括如下步骤：
S51、采用微位移平台将第二毛细管300与第一毛细管200同轴放置，并使第二毛细管300的第一端伸出光纤100的第一端，且伸长量为L1，从第二毛细管300的第二端进行UV胶400点涂，当UV胶400被向内吸入并靠近第一毛细管200的第一端时，进行紫外固化。从第二毛细管300的第二端进行UV胶400点涂，在毛细现象下，UV胶400将会向内吸入，速度也会降低，在能够有效固定第二毛细管300的同时，也能避免UV胶400从第一毛细管200的第一端溢出。
具体地，在全部步骤中，光纤100的第一端的端面保持洁净，以免影响传感器的测量效果。具体地，在步骤S3中，疏水溶液为非油性疏水溶液。具体地，在步骤S3中，采用机械烘干或自然烘干的方式对第二毛细管300进行烘干处理，烘干处理的时间为12个小时以上，并在无尘环境中对第二毛细管300进行烘干处理。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种静压传感器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、提供第一毛细管(200)和光纤(100)，将第一毛细管(200)套设于光纤(100)外；
S2、采用UV胶(400)将第一毛细管(200)与光纤(100)同轴固定，并使光纤(100)的第一端伸出第一毛细管(200)的第一端，伸长量为L0；
S3、提供内径大小为D1的第二毛细管(300)，将第二毛细管(300)用疏水溶液浸泡，经过烘干处理后，使第二毛细管(300)的内壁附上一层疏水膜(310)；
S4、将第二毛细管(300)套设于第一毛细管(200)外；
S5、采用UV胶(400)将第二毛细管(300)与第一毛细管(200)同轴固定，并使第二毛细管(300)的第一端伸出光纤(100)的第一端，伸长量为L1。
2.根据权利要求1所述的静压传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：
S21、采用微位移平台将第一毛细管(200)的第一端与光纤(100)的第一端同轴放置；
S22、在第一毛细管(200)的第一端和光纤(100)的第一端进行UV胶(400)点涂及紫外固化，使光纤(100)的第一端伸出第一毛细管(200)的第一端，且伸长量为L0；
S23、采用微位移平台将第一毛细管(200)的第二端与光纤(100)的第二端同轴放置；
S24、在第一毛细管(200)的第二端和光纤(100)的第二端进行UV胶(400)点涂及紫外固化。
3.根据权利要求2所述的静压传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括：首先使光纤(100)的第一端伸出第一毛细管(200)的第一端，且伸长量大于L0，在光纤(100)伸长部位靠近第一毛细管(200)处进行UV胶(400)点涂，再使光纤(100)的第一端回退一定距离，使得光纤(100)的第一端伸出第一毛细管(200)的第一端的伸长量为L0，最后进行紫外固化。
4.根据权利要求1所述的静压传感器的制作方法，其特征在于，在所述步骤S1中，提供第一毛细管(200)和光纤(100)之后，分别将第一毛细管(200)的第一端和光纤(100)的第一端切平，使得第一毛细管(200)的第一端的端面垂直于第一毛细管(200)的轴线，光纤(100)的第一端的端面垂直于光纤(100)的轴线，之后，再将第一毛细管(200)套设于光纤(100)外。
5.根据权利要求1所述的静压传感器的制作方法，其特征在于，在所述步骤S3中，提供第二毛细管(300)后，将第二毛细管(300)的第一端切平，使得第二毛细管(300)的第二端的端面垂直于第二毛细管(300)的轴线，之后，再将第二毛细管(300)用疏水溶液浸泡处理。
6.根据权利要求1所述的静压传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括如下步骤：
S51、采用微位移平台将第二毛细管(300)与第一毛细管(200)同轴放置，并使第二毛细管(300)的第一端伸出光纤(100)的第一端，且伸长量为L1，从第二毛细管(300)的第二端进行UV胶(400)点涂，当UV胶(400)被向内吸入并靠近第一毛细管(200)的第一端时，进行紫外固化。
7.根据权利要求1至6任一项所述的静压传感器的制作方法，其特征在于，在全部步骤中，光纤(100)的第一端的端面保持洁净。
8.根据权利要求1至6任一项所述的静压传感器的制作方法，其特征在于，在步骤S3中，所述疏水溶液为非油性疏水溶液。
9.根据权利要求1至6任一项所述的静压传感器的制作方法，其特征在于，在步骤S3中，采用机械烘干或自然烘干的方式对第二毛细管(300)进行烘干处理。
10.根据权利要求9所述的静压传感器的制作方法，其特征在于，在步骤S3中，在无尘环境中对第二毛细管(300)进行烘干处理。
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