提高膜片式F-P腔光纖壓力傳感器靈敏度的試驗研究

張慧君，張立喆，段玉培，陳喜

(中航工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所，北京100095)

0 引言

目前，在微型傳感器的制作技術(shù)方面，微電子機械系統(tǒng) (Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)技術(shù)已成為光纖傳感器制作領(lǐng)域的新方向。MEMS光纖壓力傳感器具有體積小、抗電磁干擾、動態(tài)范圍大等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于航空航天、石油、化工等領(lǐng)域。并且由于MEMS器件易于大規(guī)模集成化生產(chǎn)，可以較大程度地降低傳感器的成本［1－2］。

膜片式F-P腔光纖壓力傳感器是采用MEMS技術(shù)加工而成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于MEMS工藝批量化生產(chǎn)的特點，同一批次傳感器的靈敏度將具有較高的一致性。但是在實際應(yīng)用中，不同的測試環(huán)境對傳感器的數(shù)量和靈敏度要求各不相同，如果針對不同靈敏度，分別進行批量化生產(chǎn)，則會造成生產(chǎn)成本過高，經(jīng)濟化效益降低。因此，本文利用濕法腐蝕的方法對傳感器進行膜片減薄試驗，通過計算腐蝕速率，控制腐蝕時間，可以在一定范圍內(nèi)提高傳感器的靈敏度，從而滿足不同的測試需求。

1 膜片式壓力傳感器原理

圖1 膜片式F-P腔光纖壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖

膜片式F-P腔光纖壓力傳感器是基于法布里-珀羅干涉原理，采用MEMS技術(shù)加工而成，敏感膜片由Pyrex7740玻璃組成。當外界壓力作用于膜片時，膜片發(fā)生形變，導致F-P腔腔長改變，從而引起干涉光譜的變化。通過監(jiān)測干涉光譜，并對其進行解調(diào)，即可得到作用在膜片上的壓力大小［3－4］。

根據(jù)彈性力學原理，壓力變化Δp與腔長變化Δd的關(guān)系可以用表示為

式中:h為膜片厚度;r為膜片的有效半徑;μ為膜片的泊松比;E為膜片的楊氏模量。……