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| 相位式压力传感器是两种类型 [2010-6-4 13:11:08] |
光学压力传感器是MEMS传感器中的一种，因为使用了单模或多模光纤，又被称为光纤压力传感器。根据测量原理，光学压力传感器有几种主要的类型：光频率式压力传感器、光强式压力传感器、相位式压力传感器和偏振光式压力传感器，而这其中，偏振光式压力传感器可以被看成是光强式压力传感器的一种。
光强式压力传感器是结构最为简单的一种，它由光源、光纤束、硅膜和信号接收器构成，其中，光纤束由一根传送光纤和围绕在它周围的接收光纤组组成。光源一般采用发光二级管，其发出的光束经过传送光纤到达硅膜，从硅膜反射后，接收光纤组将其传送到信号接收器，最终转换为电信号输出。这种传感器的精度虽然不太高，但是结构简单，制作起来相对简单。
相位式压力传感器是两种类型：一种为内置珐珀干涉仪式，另一种是内置非平衡Mach—Zehnder干涉仪式。珐珀干涉仪式的主结构由传输光纤、一个带圆柱型空腔的玻璃基底和硅膜组成，硅薄膜覆盖在空腔的一面，光纤则穿过玻璃板，把光束垂直入射到硅膜和空腔的交接面上。空腔的两面上各有一个半透膜，这个半透膜可以是金属膜或是介质膜，这样便组成了一个珐珀干涉仪。工作时，光源发出的激光束经过正弦调制后照射硅膜，硅膜吸收光能后局部发生形变，形变周期与调制光的周期一致，因此当光源的调制频率与硅膜的微形变固有频率一致时，硅膜的周期形变演变为谐振。入射光在光纤末端反射的部分与在硅膜表面反射的部分之间会形成干涉，测得的干涉光强的调制频率就是硅膜的谐振频率。当待测压力引起薄硅膜的形变时，两个半透膜之间的距离发生改变，这种改变会导致整个空腔的谐振频率产生变化，使谐振频率与待测压强形成对应关系。这种结构的关键参数是硅膜的厚度、空腔的的深度和空腔的直径，正确的选择这几个参数可以保证传感器在不同的压力范围内能够产生线性的响应。 这种压力变送器有两大优点：一是高灵敏度，比如说当硅膜的形变只有 0.25 μm时，其反射系数可以从0.5变化到0；而且，配合高强度激光，该种传感器能够产生很高的分辨率。第二个优点是体积小，而第三个优点则是对源功率波动不敏感。当然，这种传感器也有一些缺点，最明显的就是结构复杂和工艺要求较高。 相位式光学压力传感器的另一种类型是基于非平衡M—Z干涉仪的压力传感器。它是由在同一个硅片上加工出的力敏硅膜和一个非平衡M—Z干涉仪组成的。M—Z干涉仪的一臂放置在硅膜的边缘，而其另一臂则远离硅膜。在工作状态下，光源发出的光束经过一个波导管分为等强度的两束光,它们在不等长度的两干涉臂中传输后产生一定的光程差，相位因此不同，最终在另一个波导管中产生干涉并输出。当压力使硅膜发生形变时，通过光弹效应，改变了波导模式的有效系数，因而使干涉仪的输出光强被改变并被检测到，通过检测到的光强即可知压力的变化。 最后介绍一下偏振光式压力传感器，这种传感器也可归类为光强压力传感器。其工作原理为：入射光经过起偏器后变成线性的偏振光，某些特定方向的光线允许通过。接下来，光束通过光弹物质后，以垂直于压力传播的方向出射。出射光经过另一个偏光镜，其传播方向与第一个偏光镜相同。当压力使光弹性物质发生形变后，光束的偏振方向发生改变，致使透过第二个偏光镜的光束强度发生改变。通过检测出射光强的变化，即可测得压力大小。 |
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