2019.19科学技术创新
光纤法珀压力传感器专利分析
夏丹丹张珊(等同第一作者
)
（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，四川成都610213
1概述
光纤珐珀（Fabry-Perot,F-P）压力传感器的主要传感结构是由两反射平面构成的珐珀腔，外界压力作用于珐珀压力传感器使其腔长发生变化，通过解调腔长的变化即可得到外界压力的变化。根据光纤珐珀传感器的构造不同，可以把光纤珐珀传感器分为本征型光纤法珀传感器、非本征型光纤法珀传感器和线型复合腔光纤法珀传感器。1.1本征型光纤法珀传感器又叫做内腔式光纤法珀传感器，在珐珀腔两端分别镀上高反膜，珐珀腔腔体内依然为光纤材料。由于干涉腔体为传感光纤，所以降低了其与单模光纤耦合过程中的光波损耗，并且光会一直在纤芯中传播，在这个过程中产生的光功率损耗也可忽略不计，所以本征型光纤法珀传感器的珐珀腔长可以较大。1.2非本征型光纤法珀压力传感器的珐珀腔腔体内材料为空气或其他非光纤材料，可以根据需求人为的设计和调整腔长L，且由于珐珀腔内是折射率为1的空气，介质稳定不易受干扰。根据珐珀腔感受压力的位置不同，非本征型光纤珐珀压力传感器可以分为侧壁式光纤珐珀压力传感器和膜片式光纤珐珀压力传感器。侧壁式感压传感器是珐珀腔侧壁受压使珐珀腔腔长变化，膜片式感压传感器是膜片作为珐珀腔的一个反射平板，膜片受压内陷，则珐珀腔腔长变短。1.3线型复合腔光纤法珀传感器是一种本征型和非本征型的复合结构，集成了本征型光纤法珀传感器和非本征光纤法珀传感器型的特点，将法珀腔段的光纤用导管代替所成，导管的外径与光纤的外径相同。这种结构要求对导管的加工精度非常高，在实际制作过程存在很大的难度。2光纤法珀压力传感器发展状况本文基于DWPI数据库和CNABS专利数据库，结合关键词和分类号对
“光纤法珀压力传感器”技术领域相关专利进行检
索
。对得到的专利数据样本进行去噪、人工筛选、标引获得最终
需要分析的专利数据样本，并进行专利申请态势和地域分布
、主
要申请人和核心专利以及技术演进分析
。
2.1专利申请态势和地域分布
图
1反映了全球范围内和中国国内的申请量年度变化趋
势，从该图可以看出，
1993年之前，由于处于技术发展初期，涉
及光纤法珀压力传感器的专利申请保持在
20篇以下，且基本是
国外申请，其原因在于将光纤法珀传感器应用于压力检测领域
的起步较晚
。1993-2009年之间，随着技术的进步以及相关技术
的广泛研究，全球申请量得到了大幅增长，其中主要是国外申
请，中国申请则处于萌芽阶段
。在2009年以后，全球申请量进一
步快速增长，而中国申请量则出现爆炸式增长，这反映出中国对
光纤法珀压力传感器的研究日益加深
。图2反映了光纤法珀压
力传感器专利申请来源国或地区分布，从图中可以看出，申请来
源国或地区排名靠前的依次为中国
、美国、日本、英国、德国，这
反映了这些国家或地区在该技术领域的技术实力情况
。中国和
美国在该领域的实力明显较强，均占有百分之三十以上的专利
申请量；其次，日本的实力也不容小觑，总量上与英国差别不大，
技术研究势力旗鼓相当
。
2.2主要申请人分析
通过对申请人的申请量进行分析，得到光纤法珀压力传感
器领域的国内前
10位申请人的申请量排名情况如图3所示。
从该图可以看出国内申请人排行第一的是天津大学，其对光纤
法布里
-珀罗压力传感器及其制作方法进行了大量的研究；仅
次于天津大学的是中国计量大学，其主要致力于通过改进光纤
作者简介：
夏丹丹（1991-），女，硕士，主要从事力学领域专利审查工作。张珊（1992-），女，硕士，主要从事动平衡领域专利审查
工作
。张珊对本文的贡献等同于夏丹丹，同为第一作者。联系人：夏丹丹，硕士，主要从事力学领域专利审查工作。
摘要：
光纤法珀压力传感器是一种基于多束光干涉原理的光纤传感器，主要通过测量珐珀腔的腔长变化来测量外界压力。
相较于传统的电子压力传感器，光纤法珀压力传感器具有体积小、便于信号传输等优点，成为目前光纤传感器领域的研究热点。
本文通过阐述原理，按技术分支进行统计，基于CNABS中文检索数据库以及DWPI数据库，通过检索、筛选、统计和分析国内外申
请的与光纤法珀压力传感器相关的发明和实用新型专利，梳理了光纤法珀压力传感器的发展脉络，同时，对光纤法珀压力传感器
的核心专利和重要申请人进行了分析
。
关键词：
光纤；法珀；压力；检测
Abstract:ThefiberFabry-Perotpressuresensorisakindoffiber-opticsensorsbasedontheprincipleofmulti-beam
opticalinterference.ItmainlymeasurestheexternalpressurebymeasuringthechangeofthecavitylengthoftheFabry-Perot
cavity.Comparedwithtraditionalelectronicpressuresensor,thefiberFabry-Perotpressuresensorhasasmallsizeandeasy
signaltransmission.Ithasbecomearesearchhotspotinthefieldoffiber-opticsensors.Inthispaper,thedevelopmentofoptical
fiberFabry-Perotpressuresensorissummarizedbyexplainingtheprinciple,statisticsaccordingtothetechnicalbranches,and
analysisofthedomesticandforeignpatentsrelatedtoopticalfiberFabry-Perotpressuresensor.Atthesametime,thecore
patentsandapplicationsofopticalfiberFabry-Perotpressuresensoraresummarized.
keywords:Fiber；Fabry-Perot；Pressure；Measurement
中图分类号：TP212,T-18文献标识码：A文章编号：2096-4390（2019）
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法珀压力传感器的结构以提升传感器性能的研究；其次是中北
大学，主要研究光纤法珀压力传感器制作材料的改进。同时从上图中可以看出国内关于光纤法珀压力传感器的研究主要集中在高校，说明我国关于光纤法珀压力传感器的工业应用还不够完善，期望我国能在该领域做出进一步的探索，从而在全占有更重要的地位。图1专利申请年度分析图2专利申请地域分布图3光纤法珀压力传感器国内主要申请人申请量分布2.3核心专利和技术演进分析美国的波音公司于1995年申请的专利US5682237提出一种将本征和非本征法珀传感器集成在一起的应变传感器，可以测量多个数据点，分离轴向和非轴向的应变。2006年加拿大的FISO公式申请了一种制造光纤珐珀传感器的方法，该专利CA2618685通过将一个光学元件永久的结合到光纤的正向端，光学元件在端部限定了一个空腔，并在光纤相对面形成膜片，
以形成法珀谐振腔
。中国申请人冉曾令2008年的专利
CN101424697通过在光纤端面设置微槽和突起，将光纤和被接
光纤通过对接连接在一起，形成法珀腔和膜片
。2013年申请的
专利
CN103644987A根据传感器按感压方式不同分为带有温
度自补偿的侧压式光纤
F-P腔压力传感器和带有温度自补偿
的端压式光纤
F-P腔压力传感器两种，可以实现对环境温度和
压力的测量
。2017年天津大学申请的专利CN107764441提供了
一种光纤
MEMS压力传感器FP腔内残余压力测量系统及方
法，在两个不同的温度下，通过气压控制系统，利用反射光进行
腔长测量，并利用理论公式计算得到残余气压
。按照时间轴对
主要核心专利分析得到光纤法珀压力传感器的技术演进如图
4
所示。
图4光纤法珀压力传感器发展路线图
3结论
本文在介绍光纤法珀压力传感器相关背景技术的基础上，
通过分别在全球专利数据库和中文专利数据库中进行检索，获
取了与光纤法珀压力传感器技术相关的各项专利，接着选取相
应指标参数，针对上述数据开展统计与分析，重点关注了本领
域的技术发展走向以及主要申请人等信息，实现了对光纤法珀
压力传感器技术专利申请状况和相关技术手段的全面掌握
。国
内相关的科研院校应尽快与公司单位联合起来，分析市场需
求，加快新型光纤法珀压力传感器的研发与专利布局，抢占国
外市场，成为后起之秀，使得我国的光纤法珀压力传感器技术
成为国际一流水平
。
参考文献
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