1.项目名称；

应变膜光纤压力传感器

2.产品和技术简介；

作为具有良好市场前景的新型光纤传感器，本项目采用自主技术，开发高灵敏度、低成本、结构简单、结实耐用、易集成的光纤传感器及检测仪。产品的发展方向：系列化、微型化、应用多元化、多功能化（如测温等）、集成化和分布式的光纤传感系统。

专利技术包括：1. 通过采用应变膜偏心反射的创新结构，将探测信号由光波的相位变为光波的幅度、探测机理由工作距离敏感变为入射角度敏感，大幅提高器件的灵敏度和稳定性，性能优于国内外同类光纤压力传感器产品；2. 通过调节应变膜厚度和腔内压强，器件灵敏度和测试范围可调，可用于石油、锅炉、医学、海洋等工程领域。

关键技术包括：光纤准直器制造、光纤与薄膜压力腔的对准控制、应变膜的选择及反射率提高、薄膜压力腔的压力调谐、温控技术（或温度补偿技术）、芯体的封装与恶劣环境防护等。

技术团队已经制造了小批量的光纤压力传感器，并进行了应用测试，相关技术和成果获得了国际专业技术领域（美国光学学会OSA）的评审和认可（Applied Optics, vol.52, pp.4223-4227, 2013），具备了将该专利项目进行转化与市场推广的能力。

3.应用范围；

光纤传感器技术是在光纤、光通信和光电子技术的基础上发展起来的，不受电磁干扰，耐腐蚀、能适应各种极端恶劣的环境，无需额外的电源供电，可远距离监测和传输，已成为传感器行业的研究热点。在石油、土木建筑、地质、水利、锅炉、海底探测、医疗卫生等领域，光纤传感器被寄予厚望，并广泛应用于压力、高度、流量、流速、压强等的测量与控制。

4.生产条件；

镀膜机，研磨、抛光机；

5.获得的专利等知识产权情况；

黄辉，刘蓬勃，曹暾，唐祯安，渠波，齐振彬，任明昆，刘学宇，吴海波，“一种光纤压力传感器及其制备方法”，发明专利（申请号：201110419923.7）。

6.成本估算；

制造成本低，约2-3千元（与电学量电容式薄膜压力传感器以及同类薄膜光纤压力传感器相比，降低2～5倍）。

7.规模与投资；

100～200万元

8.提供技术的程度和合作方式；

提供传感器探头的制备技术和测试系统技术，合作方式可灵活多样。

9.配图等几方面，

字数不限，配图在3张以内。

传统光纤压力传感器可主要分为：布拉格光纤反射式、Fabry – Perot腔干涉反射式、和光纤强度反射式。

1. 布拉格光纤式传感器，是目前建筑中使用最广泛的一类传感器；其工作机理是通过压力改变光纤中的光栅周期，从而改变光栅的反射波长，因此需要对反射波长进行检测。测试系统需要采用波长可调谐的激光器、滤波器或光谱分析，因此其测试系统非常昂贵（大于20万RMB）。

2. 其余两种类型传感器（Fabry–Perot腔干涉反射和光纤强度反射）是利用应变薄膜对光束进行反射，并接收反射光束作为探测信号。所接收的光信号强度（即光功率）与光纤端面与反射薄膜的间距有关，因此其探测机理是基于工作间距敏感。

由于光纤发射光束的发散角很大（约10度），因此当增加光纤端面与反射薄膜之间的工作距离时，所接收的信号强度会迅速衰减；因此，为了降低信号衰减，工作距离需精密控制在0.6 ~ 60μm，制备难度大。

对于光纤强度反射式传感器（如美国Optrand公司产品），其接收光信号强度对工作距离的灵敏度为 ~0.28dB/μm。

Fabry – Perot（FP）腔干涉反射式传感器，其工作机理是薄膜形变改变反射光束的相位，从而改变FP腔内光束的相位干涉和谐振条件，使得反射光强度随薄膜形变急剧震荡（J. Micromech. Microeng., vol.15, pp.521-527, 2005）。

FP腔传感器的灵敏度较高，但震荡式信号很难确定具体压力值，并且制备要求高：①需要严格保持薄膜与光纤端面平行；②需要精确控制薄膜与光纤之间的工作距离；③需要实现薄膜与光纤端面之间的反射率匹配。因此，需要精确设计、并采用微加工工艺来制备器件，复杂的工艺会降低器件的可靠性、提高制造成本。制造难度大和信号震荡等因素限制了该传感器的推广应用，目前处于实验室演示阶段（Opt. Express, vol.19, pp.10797-10804, 2011）。

3. 本项目产品，通过采用 薄膜偏心反射的器件结构创新、入射角度敏感的工作机理创新，实现了性能的大幅提升，以及制备难度和制备成本的大幅降低，具有较大的市场竞争优势。

本项目制造的光纤压力传感器创新点归纳如下：①利用光纤准直器取代光纤，使光束发散角大幅降低，将工作距离从传统的微米量级增加到目前的毫米量级，因此无需采用微加工工艺，降低了制造难度和制造成本；②设计了应变薄膜偏心反射结构，使得薄膜受压变形改变了光束反射角，从而使得探测机理由工作距离敏感变为入射角度敏感，大幅提高器件的灵敏度和稳定性，性能优于国内外同类产品；③ 减小应变薄膜的厚度和改变反射腔内的压强，可以获得更高的灵敏度和实现测试范围调谐。

制备的传感器如图1所示，采用全石英结构，温度稳定性好、结构简单、结实可靠。器件测试性能如图2所示，100微米薄膜的灵敏度达到1.11dB/KPa，输出信号线性度好，并且测试范围连续可调。

本项目产品的温度稳定性如图3所示，采用全石英结构，器件的温度稳定性大幅提高（温度对信号影响 <1%，可通过温度补偿来消除影响）。

发展方向：①产品系列化，通过选择采用不同厚度的应变膜，实现不同灵敏度和测量范围的系列传感器；② 应用领域拓展，通过产品的高性能、低成本优势，拓展产品在石油、土木建筑、地质、水利、锅炉、海底探测、医疗卫生等领域的应用；③ 功能拓展，将压力传感器与其他类型传感器集成，实现分布式传感网络，应用于物联网领域；④ 微型化，尽管目前商用光纤压力传感器的体积均较大（如Optrand公司产品），也并未妨碍其应用推广（由于压力可以通过液体或气体毛细管导出，因此探测点可以很小），但传感器的微型化必将会拓宽其应用领域，也是本项目的技术方向。