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《西安理工大学》 2005年
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基于光纤Fabry-Perot腔结构的双膜温度传感技术的研究

赵小强  
【摘要】:温度是最基本的测量参数之一,在工农业生产过程中,尤其是在易燃、易爆的场合中,准确、安全、可靠地测量温度对保证工农业生产过程的安全性和经济性具有十分重要意义,因此,研制一种能够应用于易燃、易爆环境下的微型化、高精度温度传感器显得非常重要。本文提出了一种新型的双层膜光纤F-P腔温度传感器,该传感器基于Fabry-Perot腔结构,采用Fabry-Perot多光束干涉机理。该传感器F-P腔的上反射镜由双层膜组成,F-P腔的下反射镜由光纤端面抛光后实现,当被测温度发生变化时,由于“双膜效应”而导致上反射镜热挠曲,F-P腔的腔长相应变化,从而导致F-P腔输出的光强发生变化,通过测量光强的变化即可测量相应的温度变化。 本文首先建立了双层膜F-P腔温度敏感的理论模型,给出了优化的双层膜材料和器件结构尺寸,以及输出光强相对被测温度变化的性能仿真曲线;其次采用ANSYS有限元分析软件对器件结构进行了热力学分析,研究了双金属片的温度-应变特性,完 西安理工大学硕士学位论文 成了光纤双金属片F一P阁感头的制作工艺研究;再次详细介绍了实验系统的构成以及 实验方法,根据要求进行了实验,并进行了相应结果分析,实验结果表明:在0一80℃ 的温度范围内,所设计的F一P温度传感器的测量灵敏度平均为66.82nw/℃,精度为 士0.7%;最后根据前面的理论、实验分析结果,设计一种结构相似的硅微机械双层 膜F一P温度传感器,对其结构尺寸进行了优化,并对其制作工艺进行了讨论,对其性 能进行了仿真,理论分析结果表明:所设计的硅微机械双层膜F一P温度传感器的尺寸 仅为SO0um x 500um,测量范围为0一100℃,灵敏度高达3O0n耐℃,且具有很好的线 性度。 关键词:温度传感器;双层膜;F一P腔;热力学;硅微机械
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP212

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