JP2010230669A - 高温光学式圧力センサー及びその製造方法 - Google Patents

高温光学式圧力センサー及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2010230669A
JP2010230669A JP2010065388A JP2010065388A JP2010230669A JP 2010230669 A JP2010230669 A JP 2010230669A JP 2010065388 A JP2010065388 A JP 2010065388A JP 2010065388 A JP2010065388 A JP 2010065388A JP 2010230669 A JP2010230669 A JP 2010230669A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
quartz substrate
cavity
ferrule
ferrule section
coating
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.)
Granted
Application number
JP2010065388A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5451476B2 (ja
Inventor
Aaron Jay Knobloch
アーロン・ジェイ・ノブロック
David William Vernooy
デビッド・ウィリアム・ヴァーヌーイ
Weizhuo Li
ウェイジュー・リー
David Mulford Shaddock
デビッド・マルフォード・シャドック
Stacey Joy Kennerly
ステイシー・ジョイ・ケナーリー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JP2010230669A publication Critical patent/JP2010230669A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5451476B2 publication Critical patent/JP5451476B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0076Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means
    • G01L9/0077Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means for measuring reflected light
    • G01L9/0079Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means for measuring reflected light with Fabry-Perot arrangements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0007Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using photoelectric means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

【課題】高温圧力センサーが提供される。
【解決手段】一面にキャビティーがエッチングされた石英基体(74)を含む。このキャビティーの少なくとも一部分上に反射コーティング(78)が設けられている。さらに、間にキャビティーを挟んで石英基体に連結されたフェルールセクション(68)を含む。キャビティーは真空中に存在し、キャビティーギャップ(76)が反射金属コーティングとフェルールの表面との間に形成されている。センサーはまた、フェルールセクションにより包囲されキャビティーギャップからフェルールセクションの対向端部まで延在する光ファイバー(66)、並びにフェルールセクション及び石英基体を包囲し、そこから延在する前記光ファイバーのための開口部を有する金属ケーシング(84)も含む。石英基体にかかる圧力によりキャビティーギャップの大きさが変化し、反射コーティングから反射されたシグナルが圧力として処理される。
【選択図】図4

Description

圧力センサーは広範囲の工業用途及び民生用途に使用されている。ブルドン管型圧力センサー、ダイアフラム式圧力センサー及びシリコン又はSOI(silicon on insulator)式ピエゾ抵抗圧力センサーのような各種タイプの圧力センサーを用いて、多くの異なる大きさの圧力を測定することができる。数種類のダイアフラム式圧力センサーを利用して、例えばカンチレバー式圧力センサー、光学読み取り式圧力センサーなどを利用することにより、いろいろな範囲の圧力が測定されている。
ファブリ・ペロー共振器を利用する光ファイバーセンサーは、その高い感度のため温度、歪み、圧力及び変位の測定に関して魅力的であることが実証されている。従来の電気的センサーと比べた光ファイバーセンサーの主要な利点としては、電磁妨害(EMI)に対する不活性さ、過酷な環境に対する適合性及び多重化の可能性がある。
ミクロ電子機械システム(MEMS)製造技術では、特定のファブリ・ペローキャビティー深さ、ダイアフラム厚さ、及び直径を達成する際の潜在的な精度により、ファブリ・ペローセンサーがより魅力的になる。このため、「規格外」部品に起因する潜在的な歩留まり損失が低減され、またインテロゲーションオプティクスの必要な正確さが低減する。電子式高温圧力センサーと比べて、ファブリ・ペロー光センサーは、エレクトロニクスを高温の過酷な環境内に配置する必要がないため、過酷な環境で使用するのに理想的である。通例、ピエゾ抵抗又は圧電性圧力センサーでは、シグナルを増幅することによりノイズを下げるためにエレクトロニクスを極めて近接して配置する必要がある。200℃より高い温度では、市販の高温エレクトロニクスが利用できず、シグナル/ノイズ比が悪いためにこれらのセンサーを使用するのが制限される。ファブリ・ペロー光センサーの場合、光学的シグナルを読み取り出力電圧に変換するためのエレクトロニクス及びオプティクスを冷温領域に配置することができ、市販の部品を使用することが可能になり、そのためコストを下げ、高い精度を得ることが可能になる。
光ファイバーセンサーはまた、EMIに対する不活性の故にケーブルシールド及びサージ保護エレクトロニクスを排除できるので著しく軽量化できるため、アビオニクス及び航空宇宙用途での応用においても非常に重要である。生物医学分野でも、光ファイバーセンサーは、その信頼性、生物学的適合性及びセンサーと医師のインターフェースの簡易性の結果として効を奏することが立証されている。
米国特許第7054011号明細書
本発明の1つの代表的な実施形態に従って、高温圧力センサーが提供される。このセンサーは、一面にキャビティーがエッチングされた石英基体と、キャビティーの少なくとも一部分に設けられた反射コーティングとを含む。さらに、フェルールセクションがキャビティーを間に挟んで石英基体に連結されており、前記キャビティーは真空中に存在する。キャビティーギャップが反射金属コーティングとフェルールの1つの表面との間に形成されている。センサーはさらに、フェルールセクションに包囲されキャビティーギャップからフェルールセクションの対向端部まで延在する光ファイバーと、そこから延在する光ファイバーのための開口部を有するフェルールセクション及び石英基体を包囲する金属ケーシングとを含む。さらに、前記石英基体にかけられた圧力によりキャビティーギャップの寸法が変化し、反射コーティングから反射されたシグナルが圧力として処理される。
本発明の別の代表的な実施形態に従って、高温圧力センサーが提供される。このセンサーは、一面にキャビティーがエッチングされた第1の石英基体と、キャビティーの少なくとも一部分に設けられた反射コーティングとを含む。センサーはまた、キャビティーを間に挟んで第1の石英基体に接合された第2の石英基体を含む。キャビティーは真空中に存在し、キャビティーギャップが前記反射金属コーティングと第2の石英基体の表面との間に形成されている。さらに、フェルールセクションが第2の石英基体に連結されており、光ファイバーがフェルールセクションにより包囲され、第2の石英基体からフェルールセクションの対向端部まで延在している。そこから延在する前記光ファイバーのための開口部を有するフェルールセクション並びに第1及び第2の石英基体を包囲する金属ケーシングが提供される。さらに、前記石英基体にかけられた圧力によりキャビティーギャップの寸法が変化し、反射コーティングから反射されたシグナルが圧力として処理される。
本発明のもう1つ別の代表的な実施形態に従って、圧力センサーを形成する方法が提供される。この方法は、上面と底面を有する石英基体を用意し、石英基体をエッチングしてキャビティーを形成することを含む。この方法はさらに、キャビティーの少なくとも一部分の上に反射コーティングを設け、キャビティーを間に挟むようにフェルールセクションを石英基体に取り付けることを含んでおり、反射金属コーティングとフェルールの表面との間にキャビティーギャップが形成される。この方法はまた、キャビティーギャップからフェルールセクションの対向端部まで延在する光ファイバーをフェルールセクションの内部に入れ、そこから延在する前記光ファイバーのための開口部を有するフェルールセクション及び石英基体の回りに金属ケーシングを配置することも含む。
本発明の別の代表的な実施形態に従って、圧力センサーを形成する方法が提供される。この方法は、上面と底面を有する第1の石英基体を用意し、第1の石英基体をエッチングしてキャビティーを形成することを含む。この方法はさらに、キャビティーの少なくとも一部分の上に反射コーティングを設け、キャビティーを間に挟んで第2の石英基体を第1の石英基体に接合することを含んでおり、反射金属コーティングと第2の基体の表面との間にキャビティーギャップが形成される。この方法はまた、フェルールセクションを第2の石英基体に取り付け、キャビティーギャップからフェルールセクションの対向端部まで延在する光ファイバーをフェルールセクションの内部に入れ、そこから延在する前記光ファイバーのための開口部を有するフェルールセクション及び石英基体の回りに金属ケーシングを配置することも含む。
これら及びその他の特徴、局面、及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むとより良く理解できるであろう。図面を通して類似の符号は類似の部分を表す。
図1は、外因性ファブリ・ペロー干渉計式圧力センサーの図式表示である。 図2は、単一の波長インテロゲーションを用いる基本的な検波システムの図式表示である。 図3は、本発明の一実施形態に従って圧力を測定するセンサーシステムの図式表示である。 図4は、本発明のある実施形態に従って圧力を測定する別の高温センサーシステムの図式表示である。 図5は、本発明の一実施形態に従って図4の圧力センサーを製造する代表的なプロセスの図式表示である。 図6は、本発明の一実施形態に従って図3の圧力センサーを製造する代表的なプロセスの図式表示である。 図7は、本発明の一実施形態に従って光ファイバー−フェルール構造を製造する代表的なプロセスの図式表示である。 図8は、本発明の一実施形態に従った図3の圧力センサーの三次元立体図である。
本発明は、一般に圧力センサーに関し、より特定的には高温で圧力を測定する圧力センサーに関する。本発明の実施形態は、外因性ファブリ・ペロー干渉計(EFPI)に基づく新規な高温光センサー及びその製造方法を包含する。
図1は、EFPI式圧力センサー10の概念図である。この圧力センサー10は、ファイバー16の磨いた端面14とダイアフラム18の反射面との間に低フィネスファブリ・ペローキャビティー12を形成することに基づく距離測定技術を利用する。光シグナル20はファイバー16を通過し、光の第1の部分R1はファイバー/空気の界面で反射する。残りの光はファイバーと反射面との間の空気のギャップを通って伝搬し、光の第2の部分R2は反射してファイバー16中に戻る。
一実施形態では、発光ダイオード(LED)(図には示してない)でセンサーに問い合わせる光シグナルを生成することができる。別の実施形態では、高輝度LED(SLED)、レーザー又は広帯域光源のような他の光源も使用できる。ファブリ・ペローキャビティー内の2つの光波R1とR2の相互作用は各々の波の路長により変調される。当業者には分かるように、路長は、光波がキャビティー12内を移動する距離と定義される。反射された光波が検出器(図には示してない)で検出され、ここでシグナルが復調して距離の測定値を生成する。キャビティー距離12が変化すると、検出器から復調されるシグナルが圧力を決定する。限定されることはないが外圧のような外力によってダイアフラム18が平行移動するとキャビティー距離12は変化することができる。戻りシグナルを距離の測定値に変換するには幾つかの異なる検波方法が存在する。
図2は、単一の波長インテロゲーションを使用する基本的な検波システム30を示す。光源32からコヒーレント光34が光ファイバーケーブル38を介してセンサーヘッド36に供給され、反射光40が光ファイバー連結器42の第2の脚部で検出器44により検出される。概念を説明するために、簡略化した解析では多重反射を無視し、検出器の出力を低フィネスファブリ・ペローキャビティーとして近似する。ここで、検出器における強度Irは次式で与えられる。
Figure 2010230669
式中、A1とA2は光波R1とR2の振幅であり、Δφはそれらの位相差である。より詳細な解析によりキャビティー内の多重反射が説明され、この解析の必要性が、関与する反射の相対的な大きさによって決定付けられる。
出力IrはR1とR2の相対的強度に依存するピーク間振幅及びオフセットを有する正弦波である。検知反射(sensing reflection)における360度の位相変化は1つのフリンジ期間に対応する。一実施形態では、1.3μmの光源波長を使用すると、1つのフリンジ期間に対するギャップの変化は0.65μmである。このように、出力シグナルを追跡することによって、微小な変位が測定される。当業者には了解されるように、上の検波アプローチは代表的なもののほんの一例であり、二重波長インテロゲーションのような他の検波法も使用することができる。このタイプの検波システムの潜在的な不都合は正弦波伝達関数の非線形性である。センサーギャップに対して、正弦波のゼロ交差でバイアスがかけられないで、誤ってピーク又は谷の近くでバイアスがかけられると、検出システムの感度が大幅に低下する可能性がある。
図3は、一実施形態に従って圧力を測定するためのセンサーシステム60である。このセンサーシステム60はセンサーセクション62とセンサーアセンブリ64からなる。光ファイバー66が、レーザー溶接、直接接合法、高温接着剤又は別の高温適合性加工を用いるといったようにしてフェルール68の内部に固定される。1つの例において、ファイバーの直径は125ミクロンである。その後、ファイバー−フェルール構造体の1つの面70が、標準的な繊維研磨加工を用いて磨かれる。この研磨により、センサーアセンブリ64を取り付けるための平面性が確保される。センサーセクション62は、シグナル検出システム64のファイバー−フェルール構造体の磨いた表面70上に取り付けられる。
センサーセクション62は第1の基体72と第2の基体74で構成される。一実施形態では、第1の基体72は石英又は溶融石英材料製であり、第2の基体74は石英又は溶融石英製である。キャビティーギャップ76が第1の基体72と第2の基体74との間に形成されている。第2の基体74自体に石英又は溶融石英を使用すると、基体からの光の反射の強度が低くなり、その結果SN比が低くなる可能性がある。従って、一実施形態では、第2の基体74上のキャビティーギャップ76中に金属コーティング78を配置してファブリ・ペローキャビティーの反射率を増大させ、反射される光の割合をより高くすることができる。金属コーティングのもう1つ別の利点は、センサーの背面からの「ゴースト」又は二次反射を排除することである。一実施形態では、粗面、曲面、吸収性表面、又は反射防止剤(AR)をコートした表面をセンサーの背面に設置して二次反射を排除することができる。1つの代表的な実施形態では、金属コーティング78は金の金属コーティングであり得る。さらにもう1つ別の実施形態では、金属コーティング78に使用する材料は白金、チタン、クロム、銀又はその他あらゆる高温適合性金属であってよい。
センサーセクション62の第2の基体74はダイアフラムとして働き、かけられた力又は圧力をキャビティーギャップ深さ76の変動に変える。一実施形態では、キャビティーギャップは第2の基体をエッチングすることによって形成される。別の実施形態では、第2の基体をエッチングするには、酸化物湿式エッチング又は反応性イオンエッチングを使用する。その後、第1の基体72と第2の基体74を接合プロセスによって互いに結合させて、キャビティーギャップ内に真空を創出する。一実施形態では、真空接合プロセスには、レーザー融解プロセス又は表面活性化接合プロセスがある。この真空接合によって、温度の上昇に起因するキャビティーギャップ内の残留ガスの膨張の影響が、キャビティーギャップの不要な変化を生じないように確保される。さらに、真空接合によって、キャビティーギャップ76がかけられた圧力から孤立される結果、ダイアフラムの撓みを生じる差圧ができる。
シグナル検出システム64はさらに、フェルール68の反対側の面に取り付けられた歪み緩衝材80を含む。この歪み緩衝材80は、金属接合材82を用いてフェルール68に取り付けられている。一実施形態では、歪み緩衝材80とフェルール68は、接合材82を用いるか又は用いないで、熱圧着接合、拡散接合、又はその他の溶接プロセスを利用して接合される。歪み緩衝材80は通例、低いCTEのフェルール68と高いCTEの外側の金属ケーシング84との間の熱膨張率(CTE)を有する高温適合性材料である。外側の金属ケーシング84はシグナル検出システム64を包囲し、センサーシステム60を形成する。一実施形態では、金属ケーシング84は、シグナル検出システム64とセンサーセクション62の周辺全体に延在していてもよい。一実施形態では、歪み緩衝材80は窒化ケイ素である。一実施形態における金属接合材82は、標準的な金属化プロセスによって歪み緩衝材80及びフェルール68上に付着させる。1つの例において、この金属化プロセスは蒸着、スパッタリング又は電気メッキでよい。別の実施形態では、接合材82の組成は金、白金、又は1つの高融点元素を含有する合金である。この例における歪み緩衝材80は、蝋付け層86を介して金属ケーシングに取り付けられる。一実施形態では、蝋付け層86は活性蝋付け合金であり得る。別の実施形態では、歪み緩衝材80を金属化して蝋付けを促進する。さらにもう1つ別の実施形態では、ニッケルのような材料を金属化に使用してもよい。
ここで、基体とコーティングの材料の選択は温度に起因するキャビティーギャップの変化を制限する上で重要であることに注意されたい。キャビティーギャップが温度に起因して変化すると、圧力に起因するキャビティーギャップの変化と温度に起因するキャビティーギャップの変化とを識別するのがより困難になる。従って、一実施形態では、石英/溶融石英のような低い熱膨張率(CTE)の材料を基体とコーティングに使用してキャビティーギャップを形成するとよい。これにより、センサーの広い作動範囲にわたってキャビティーギャップの固有の温度係数が最小になる。
図4は、高温圧力センサーシステム100の別の実施形態である。センサーシステム100の高温圧力センサー102は図3のセンサー62と同様である。しかし、図3の中央の界面基体72はセンサー102では除かれている。このセンサーデザインの利点は、光の発散が低減し、第2のファブリ・ペローキャビティーを創出する可能性が最小になることである。また、センサーの組立プロセスから接合段階が除かれる。この実施形態では、フェルール68内部に穴104が形成される。この穴104は、歪み緩衝材80をフェルール68に結合させる真空接合プロセス中に被覆される。ここで、一実施形態では、センサー102は絶対圧力を測定するのに使用することができることに注意されたい。一実施形態では、真空接合プロセスを実施して、キャビティーギャップ76内に捕捉されたガスの温度膨張を排除する。別の実施形態では、キャビティーギャップは約1.25ミクロンであり、金属コーティングの厚さは約175nmである。さらに別の実施形態では、第2の基体74の厚さは300ミクロンであり、エッチングされたキャビティー76の直径は1800ミクロンであって、250ポンド/平方インチ(psi)の圧力で100nmの撓みを創出する。ここで、これらは代表的なパラメーターであり、センサーの所望の圧力範囲に応じて変更することができるということに注意されたい。
図1において既に記載したように、一実施形態では光シグナルは光ファイバー66を貫通する。光シグナルの一部はガラス繊維−空気の界面に当たり、第1の反射されたシグナルR1として戻る。光の第2の部品はさらにキャビティーギャップ−金属コーティングの界面に当たり、第2の反射されたシグナルR2として戻る。キャビティーギャップ76はダイアフラム74又は石英基体の撓みと共に変化し、これ自体はかけられた圧力と共に変化する。第2の反射されたシグナルR2はキャビティーギャップ内の変化に従って変化する。これらの反射されたシグナルは検出器で検出され、圧力を測定するために解析される。
図5は、図4のセンサー102を製造する工程120を説明する。段階122で、センサー102の第1の石英ウエハー124を形成する。この石英ウエハーの厚さは圧力と欠陥の関係に依存する。段階126で、例えば、ダイアフラムの幾何学と共に標準的なフォトレジスト及びリソグラフィープロセスを使用してウエハー124をパターン化する。次に、石英ウエハー124をエッチングしてダイアフラム直径とキャビティーギャップ深さを決める。一実施形態では、緩衝化酸化物エッチング又は反応性イオンエッチングを使用して石英ウエハー124をエッチングする。段階128では、ウエハーダイアフラム上に薄い金属反射コーティング130を設けて、ダイアフラムの少なくとも一部分、幾つかの例では側壁を含めてダイアフラム表面全体を被覆する。一実施形態では、付着プロセスには、蒸着プロセス又はスパッタリングプロセスがある。1つの例においては、金属コーティングがダイアフラムの中心部分のみに残存するようにパターン化する。一実施形態では、金属コーティングのパターン化は反応性イオンエッチングプロセス又はリフトオフプロセスによって実施する。当業者には了解されるように、ここに記載したリソグラフィープロセス又はエッチングプロセスは代表的なものであり、他の同様なプロセスが本発明の範囲に入る。
図6は、図3のセンサー62を製造する工程150を説明する。この工程150は先の図5の工程120と同様である。しかし、この工程には追加の段階152が組み込まれている。既に記載したように、センサー102を段階128で形成する。次に、第2の石英基体154を、化学活性化石英接合技術又は石英レーザー溶接技術を用いて石英ウエハーに熱的に接合する。こうして、第1の石英基体124、金属コーティング130及び第2の石英基体154を有するセンサー62を形成する。
図7は、光ファイバー−フェルール構造体を組み立てる1つの代表的な工程170を説明する。段階172で、ファイバー66をフェルール68内に挿入して、対向する前部から少し突き出るようにする。次に、レーザー溶接又は接着剤結合プロセスを使用して、ファイバー66をフェルール68の後部に固定する。保護性の歪み緩衝材80をファイバーの上に滑り込ませ、フェルールの後部表面に一時的に取り付ける。この保護性の歪み緩衝材80は本工程のその後の段階のためにアセンブリを強化する。段階174で、レーザーを用いて、突き出ているファイバーから溶融したガラスの玉175を形成し、ファイバー66をフェルールの前面に結合させる。一実施形態では、ファイバーを溶融する代わりに、同様の膨張係数と屈折率を有する接合ガラスを溶融させて、突き出ているファイバーとフェルールとの間に接合部を形成してもよい。段階176では、フェルールの前面177を磨いて、フェルール表面とファイバー表面が一致するようにする。段階178では、レーザー溶接プロセス又は化学活性化接合プロセスによって、センサーセクション62をファイバー−フェルール構造体に取り付ける。
図8は、図3の高温圧力センサーシステム60のアセンブリ全体180の三次元立体図の一例である。光ファイバー182が可撓性導管184を通ってセンサーアセンブリセクション186まで貫通している。このセンサーアセンブリセクション186は、フェルール192の上面190に固定された石英ダイアフラム188を含む。既に図3で説明したように、ファイバー182はフェルール192内に固定され、歪み緩衝材194はフェルール192の1つの面に取り付けられる。次いで、歪み緩衝材194が蝋付け層198を介して金属ハウジング196に取り付けられる。
本明細書には本発明の幾つかの特徴のみを例示し説明して来たが、多くの修正と変更が当業者には自明である。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の思想に入るものとしてかかる修正と変更を包含するものと了解されたい。
10 外因性ファブリ・ペロー干渉計式圧力センサー
12 ファブリ・ペローキャビティー
14 磨いた端面
16 ファイバー
18 ダイアフラム
20 光シグナル
30 基本的な検波システム
32 光源
34 コヒーレント光
36 センサーヘッド
38 光ファイバーケーブル
40 反射光
42 光ファイバー連結器
44 光検出器
60 代表的なセンサーシステム
62 センサーセクション
64 センサーアセンブリ
66 光ファイバー
68 フェルール
70 ファイバー−フェルール構造体の磨いた面
72 第1の基体
74 第2の基体
76 キャビティーギャップ
78 金属コーティング
80 歪み緩衝材
82 金属接合材
84 金属ケーシング
86 蝋付け層
100 代表的なセンサーシステム
102 圧力センサー
104 穴
120 圧力センサー102を製造する代表的な工程
122、126、128 工程段階
124 第1の石英ウエハー
130 反射コーティング
150 圧力センサー62を製造する代表的な工程
122、126、128、152 工程段階
154 第2の石英基体
170 光ファイバー−フェルール構造体を製造する代表的な工程
172、174、176、178 工程段階
175 溶融したガラスの玉
177 フェルールの磨いた面
180 圧力センサーの全体アセンブリ
182 光ファイバー
184 可撓性導管
186 センサーアセンブリセクション
188 石英ダイアフラム
190 フェルールの上面
192 フェルール
194 歪み緩衝材
196 金属ハウジング
198 蝋付け層

Claims (10)

  1. 一面にキャビティーがエッチングされた石英基体(74)、
    前記キャビティーの少なくとも一部分に設けられた反射コーティング(78)、
    前記キャビティーを間に挟んで前記石英基体に連結されたフェルールセクション(68)、ここで、前記キャビティーは真空中に存在し、キャビティーギャップ(76)が前記反射金属コーティングと前記フェルールの表面との間に形成されており、
    前記フェルールセクションに包囲されており、前記キャビティーギャップから前記フェルールセクションの対向端部まで延在する光ファイバー(66)、及び
    前記フェルールセクション及び前記石英基体を包囲しており、そこから延在する前記光ファイバーのための開口部を有する金属ケーシング(84)
    を含んでなり、前記石英基体にかかる圧力によってキャビティーギャップの寸法が変わり、反射コーティングから反射されたシグナルが圧力として処理される、高温圧力センサー(100)。
  2. 石英基体が溶融石英基体からなる、請求項1記載のセンサー。
  3. 反射コーティングが、白金コーティング、金コーティング、チタンコーティング、クロムコーティング及びこれらの組合せから選択される、請求項1記載のセンサー。
  4. さらに、フェルールと金属ケーシングとの間に設けられた歪み緩衝(80)材を含む、請求項1記載のセンサー。
  5. 一面にキャビティーがエッチングされた第1の石英基体(74)、
    前記キャビティーの少なくとも一部分に設けられた反射コーティング(78)、
    前記キャビティーを間に挟んで第1の石英基体に接合された第2の石英基体(72)、ここで前記キャビティーは真空中に存在し、キャビティーギャップ(76)が前記反射金属コーティングと第2の石英基体の表面との間に形成されており、
    第2の石英基体に連結されたフェルールセクション(68)、
    前記フェルールセクションにより包囲され、第2の石英基体から前記フェルールセクションの対向端部まで延在する光ファイバー(66)、及び
    そこから延在する前記光ファイバーのための開口部を有する前記フェルールセクション並びに第1及び第2の石英基体を包囲する金属ケーシング(84)、
    を含んでなり、第1の石英基体にかかる圧力によってキャビティーギャップの寸法が変化し、反射コーティングから反射されたシグナルを圧力として処理する、高温圧力センサー(60)。
  6. 第1の石英基体及び第2の石英基体が溶融石英基体からなる、請求項5記載のセンサー。
  7. 圧力センサーを形成する方法(120)であって、
    上面及び底面を有する石英基体(124)を用意し(122)、
    石英基体をエッチングして(126)キャビティーを形成し、
    前記キャビティーの少なくとも一部分に反射コーティング(130)を設け(128)、
    前記キャビティーを間に挟んでフェルールセクション(68)を前記石英基体に取り付け、ここで前記反射金属コーティングと前記フェルールの表面との間にキャビティーギャップが形成され、
    光ファイバー(66)を前記フェルールセクション内に封入し、前記キャビティーギャップから前記フェルールセクションの対向端部まで延在させ、
    そこから延在する前記光ファイバーのための開口部を有する前記フェルールセクション及び前記石英基体の回りに金属ケーシング(84)を配置する
    ことを含んでなる、前記方法。
  8. 反射コーティングを設けることが、スパッタリング、電子ビーム又は蒸着法からなる、請求項7記載の方法。
  9. エッチングすることが、緩衝化酸化物エッチング又は反応性イオンエッチングからなる、請求項7記載の方法。
  10. 圧力センサーを形成する方法(150)であって、
    上面及び底面を有する第1の石英基体(124)を用意し(122)、
    第1の石英基体をエッチングして(126)キャビティーを形成し、
    前記キャビティーの少なくとも一部分に反射コーティング(130)を設け(128)、
    前記キャビティーを間に挟んで第2の石英基体(154)を第1の石英基体に接合し(152)、ここで前記反射金属コーティングと第2の基体の表面との間にキャビティーギャップを形成し、
    フェルールセクションを第2の石英基体に取り付け、
    光ファイバーを前記フェルールセクション内に封入し、第2の石英基体から前記フェルールセクションの対向端部まで延在させ、
    そこから延在する前記光ファイバーのための開口部を有する前記フェルールセクション並びに第1及び第2の石英基体の回りに金属ケーシングを配置する
    ことを含んでなる、前記方法。
JP2010065388A 2009-03-26 2010-03-23 高温光学式圧力センサー及びその製造方法 Expired - Fee Related JP5451476B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/411,878 2009-03-26
US12/411,878 US7966887B2 (en) 2009-03-26 2009-03-26 High temperature optical pressure sensor and method of fabrication of the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010230669A true JP2010230669A (ja) 2010-10-14
JP5451476B2 JP5451476B2 (ja) 2014-03-26

Family

ID=42275615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010065388A Expired - Fee Related JP5451476B2 (ja) 2009-03-26 2010-03-23 高温光学式圧力センサー及びその製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7966887B2 (ja)
EP (1) EP2233903A3 (ja)
JP (1) JP5451476B2 (ja)
CA (1) CA2697115C (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021516589A (ja) * 2018-04-06 2021-07-08 ボストン サイエンティフィック サイムド,インコーポレイテッドBoston Scientific Scimed,Inc. 圧力センサ付き医療装置

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8322225B2 (en) * 2009-07-10 2012-12-04 Honeywell International Inc. Sensor package assembly having an unconstrained sense die
US8720286B2 (en) * 2009-11-06 2014-05-13 Baker Hughes Incorporated Temperature insensitive devices and methods for making same
US8402834B1 (en) * 2010-02-12 2013-03-26 Intelligent Fiber Optic Systems, Inc. Fiber optic pressure sensor based on differential signaling
CA2793452C (en) * 2010-03-15 2018-09-11 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Optical-fiber-compatible acoustic sensor
US8230743B2 (en) 2010-08-23 2012-07-31 Honeywell International Inc. Pressure sensor
US8375799B2 (en) 2010-12-10 2013-02-19 Honeywell International Inc. Increased sensor die adhesion
DE102011077499A1 (de) * 2011-06-14 2012-12-20 CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH Interferometrische Druckmesszelle
US9932852B2 (en) 2011-08-08 2018-04-03 General Electric Company Sensor assembly for rotating devices and methods for fabricating
CN104502005B (zh) * 2014-12-04 2017-09-19 上海拜安传感技术有限公司 一种基于mems工艺的f‑p压力传感器及成型方法
US20160245687A1 (en) * 2015-02-23 2016-08-25 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Phase-front-modulation sensor and method of fabrication
US9906300B2 (en) 2016-05-20 2018-02-27 Rosemount Aerospace Inc. Optically powered transducer module
CN107121158B (zh) * 2017-06-21 2019-08-13 西北工业大学 一种内封式悬臂梁光纤光栅传感器
US11215481B2 (en) 2018-03-23 2022-01-04 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Diaphragm-based fiber acoustic sensor
DE102018124753A1 (de) * 2018-10-08 2020-04-09 fos4X GmbH Temperaturkompensierter faseroptischer Sensor und Verfahren zur Druckmessung
CN109253831A (zh) * 2018-10-10 2019-01-22 南京佳业检测工程有限公司 一种工业燃烧炉压力检测装置
CN110793938A (zh) * 2019-09-05 2020-02-14 天津大学 同时测量折射率和温度的光纤法珀传感器及其测量方法
WO2021246907A1 (ru) * 2020-06-03 2021-12-09 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Чувствительный элемент датчика давления
RU202419U1 (ru) * 2020-06-03 2021-02-17 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Чувствительный элемент датчика давления
CN113776723B (zh) * 2021-09-30 2023-09-19 云南师范大学 一种基于光耦合变化的光纤气压探测器
WO2023159306A1 (en) * 2022-02-22 2023-08-31 Photon Control Inc. Moveable tip and installation configuration for fiber optic temperature sensing probe

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4589286A (en) * 1984-03-30 1986-05-20 The Babcock & Wilcox Company Fused silica diaphragm module for high temperature pressure transducers
US4703175A (en) * 1985-08-19 1987-10-27 Tacan Corporation Fiber-optic sensor with two different wavelengths of light traveling together through the sensor head
US4712004A (en) * 1986-08-20 1987-12-08 Simmonds Precision Products, Inc. Method and apparatus for compensating fiber optic lead and connector losses in a fiber optic sensor by using a broadband optical source and multiple wave retardation
US5446279A (en) 1993-08-27 1995-08-29 Hughes Aircraft Company Fiber optic sensor sensing curvature of a diaphragm
US6137812A (en) * 1994-02-24 2000-10-24 Micron Optics, Inc. Multiple cavity fiber fabry-perot lasers
US5435039A (en) * 1994-05-19 1995-07-25 Taylor; Robert B. Scalp stimulation and cleansing implement
US5606170A (en) * 1995-02-03 1997-02-25 Research International, Inc. Multifunctional sensor system
US5929990A (en) * 1997-03-19 1999-07-27 Litton Systems, Inc. Fabry-perot pressure sensing system with ratioed quadrature pulse detection
JP2985075B2 (ja) * 1998-04-23 1999-11-29 セイコーインスツルメンツ株式会社 光コネクタ用フェルールの凸球面研磨方法
US6425290B2 (en) * 2000-02-11 2002-07-30 Rosemount Inc. Oil-less differential pressure sensor
US7054011B2 (en) * 2003-09-04 2006-05-30 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Optical fiber pressure and acceleration sensor fabricated on a fiber endface
GB0408073D0 (en) * 2004-04-08 2004-05-12 Council Cent Lab Res Councils Optical sensor
US7313965B2 (en) * 2004-12-27 2008-01-01 General Electric Company High-temperature pressure sensor
DE102006010804A1 (de) 2006-03-07 2007-09-20 Eads Deutschland Gmbh Hochtemperatur-Drucksensorelement, insbesondere zur Messung von Drücken innerhalb von Triebwerken, Verfahren zu dessen Herstellung und Bauteil für Triebwerke
US20080106745A1 (en) * 2006-08-31 2008-05-08 Haber Todd C Method and apparatus for high frequency optical sensor interrogation
US7559701B2 (en) * 2007-03-19 2009-07-14 General Electric Company High-temperature pressure sensor and method of assembly

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021516589A (ja) * 2018-04-06 2021-07-08 ボストン サイエンティフィック サイムド,インコーポレイテッドBoston Scientific Scimed,Inc. 圧力センサ付き医療装置
JP7138189B2 (ja) 2018-04-06 2022-09-15 ボストン サイエンティフィック サイムド,インコーポレイテッド 圧力センサ付き医療装置
US11559213B2 (en) 2018-04-06 2023-01-24 Boston Scientific Scimed, Inc. Medical device with pressure sensor

Also Published As

Publication number Publication date
US20100242628A1 (en) 2010-09-30
EP2233903A2 (en) 2010-09-29
CA2697115A1 (en) 2010-09-26
JP5451476B2 (ja) 2014-03-26
US7966887B2 (en) 2011-06-28
CA2697115C (en) 2017-05-30
EP2233903A3 (en) 2016-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5451476B2 (ja) 高温光学式圧力センサー及びその製造方法
US9995604B2 (en) Optical sensor
US8253945B2 (en) Optical sensor
US7559701B2 (en) High-temperature pressure sensor and method of assembly
EP1664706B1 (en) Optical sensor with co-located pressure and temperature sensors
JP5586595B2 (ja) 光学干渉方式の圧力センサ
CN104515621B (zh) 基于密闭微腔气体热效应的光纤温度传感器及其制作方法
US20070013914A1 (en) Crystalline optical fiber sensors for harsh environments
EP1078227B1 (en) An optically addressed sensing system
Ghildiyal et al. Diamond turned micro machined metal diaphragm based Fabry Perot pressure sensor
EP1942324A1 (en) Optical sensor with co-located pressure and temperature sensors
Xu High temperature high bandwidth fiber optic pressure sensors

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130312

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131120

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131203

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees