藍寶石是Al?O₃的晶體結(jié)構(gòu)，熔點達到2040℃，具有良好的光學特性、絕緣性，在1500℃時機械性能良好，是制備高溫傳感器的理想材料。目前基于藍寶石的高溫傳感器主要有兩大類，下面分類介紹。

1、基于SOS（Silicon on Sapphire）結(jié)構(gòu)的應變式壓力傳感器

藍寶石高溫壓力傳感器是一種應變電阻式工作原理，采用硅-藍寶石作為半導體壓力敏感元件，具有較好的的計量特性。藍寶石是由單晶體絕緣體元素組成，一般不會發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象；藍寶石比硅要堅固，硬度更高，不怕形變；藍寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000℃以內(nèi)），因此，利用硅-藍寶石制造的半導體壓力敏感元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，壓力傳感器也有著很好的工作特性；藍寶石的抗輻射特性比較好；另外，硅-藍寶石半導體壓力敏感元件，無p-n漂移，因此，從根本上簡化了制造工藝，提高了重復性，確保了高成品率。

用硅-藍寶石半導體敏感元件制造的高溫壓力傳感器，可在最惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、但是一般性價比不高。要特別指出的是，這種高溫壓力傳感器一般需要從俄羅斯獨家進口，在售后服務上面臨一定的風險。

藍寶石表壓壓力傳感器由雙膜片構(gòu)成：鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質(zhì)外延性應變靈敏電橋電路的藍寶石薄片，被焊接在鈦合金測量膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上（接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅固的連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變被硅-藍寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會發(fā)生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。

藍寶石高溫壓力傳感器的電路能夠保證應變電橋電路的供電，并將應變電橋的失衡信號轉(zhuǎn)換為工業(yè)標準的電信號輸出（例如4-20mA信號）。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉(zhuǎn)換為應變片形變，從而達到壓力測量的目的。

2、藍寶石光纖式高溫壓力傳感器

光纖式傳感器具有測量精度高、抗電磁干擾、抗輻射、工作溫度高、易組網(wǎng)、可實現(xiàn)多參量測量等優(yōu)點，適合應用于燃氣輪機、航空/航天發(fā)動機等高溫惡劣環(huán)境，目前已成為高溫壓力傳感器的熱門研究方向，歐美國家在二十年前已開始研究高溫惡劣環(huán)境下的光纖壓力傳感技術(shù)，主要有光棚光纖式和法布里-珀羅（Fabri-Perot）干涉光纖式兩種實現(xiàn)方式。光棚光纖式壓力傳感器靈敏度較低，適用于公路鐵路安全監(jiān)測、橋梁隧道安全監(jiān)測、石油化工等高壓測量領(lǐng)域。F-P干涉光纖式高溫壓力傳感器如圖1所示。F-P干涉測壓原理如圖所示，激光在通過F-P腔時形成多條反射光，利用反射光干涉特性反演得到腔長，再通過腔長與壓力的關(guān)系實現(xiàn)壓力測量，通過調(diào)整感壓膜厚度能制備不同量程的壓力傳感器。

隨著藍寶石微加工技術(shù)的豐富和成熟，基于全藍寶石F-P腔的光纖傳感器已成為高溫傳感器的一個重要研究方向。位于英國牛津郡的Oxsensis公司從2005年開始研制基于法-珀腔干涉原理的光纖式高溫壓力傳感器（如圖（b）所示），已從單一測壓傳感器產(chǎn)品發(fā)展到現(xiàn)在多參數(shù)測量系統(tǒng)，可同時測量壓力、溫度、振動、流量等參數(shù)。該公司的溫度、壓力、振動產(chǎn)品的工作溫度均達到1000℃，與阿爾斯通、西門子、斯奈克瑪?shù)热細廨啓C廠商合作廣泛。2015年Oxsensis還聯(lián)合GE公司提出了基于超高溫光纖傳感器的壓縮機主動穩(wěn)定管理系統(tǒng)的研制計劃，該系統(tǒng)包含若干傳感器及微執(zhí)行器，打破了傳統(tǒng)測量系統(tǒng)只進行被動監(jiān)測的局面。美國Virginia理工大學的Wang Anbo等人利用藍寶石的ICP干法刻蝕及藍寶石的熱壓鍵合工藝，制作了全藍寶石結(jié)構(gòu)的F-P腔，如圖（c）所示，封裝完成的壓力傳感器如圖（d）所示，該傳感器的最高使用溫度達到1500℃。另外，F(xiàn)lorida大學Sheplak Mark課題組、美國Luna Innovation公司、歐洲航空局等研究機構(gòu)都開展了基于藍寶石F-P腔超高溫傳感器的研究，研究內(nèi)容集中于F-P腔的制備新方法、傳感器的低應力封裝以及進一步提高傳感器工作溫度的方法。國內(nèi)關(guān)于藍寶石光纖壓力傳感器的研究還較少，電子科技大學的饒云江課題組研制了傳感器樣機，但僅進行了常溫壓力測試，高溫壓力傳感器樣機尚未見報道。本文源自澤天傳感，轉(zhuǎn)載請保留。