一種基于MEMS工藝的光纖加速度傳感器制造技術

本發明專利技術涉及一種基于MEMS工藝的光纖加速度傳感器，屬于光纖傳感領域。本發明專利技術利用硅片進行刻蝕，形成彈性元件，利用二氧化硅刻蝕形成基座，將彈性元件與基座鍵合構成F-P腔，后端通過激光器焊接或膠粘工藝與準直管及光纖連接，形成光纖加速度傳感器。當外界產生振動時，彈性元件會發生變形，導致F-P腔的腔長發生變化，通過腔長的變化量就可以得知相應的加速度值。本發明專利技術的優點在于體積小，重量輕，抗電磁干擾等。本發明專利技術具有較高的靈敏度及響應頻率，可以實現高精度加速度的測量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種基于MEMS工藝的光纖加速度傳感器，屬于光纖傳感領域。
技術介紹
振動傳感器作為一類應用廣泛的傳感器，主要應用于航空航天、地質勘測、地震預報、環境保護、工業監控等領域。振動傳感器的類型較多，按被測物理量來分有位移(振幅)傳感器、速度傳感器和加速度傳感器三種。由于位移、速度和加速度這三個參數可以通過簡單的微積分關系相互轉換，故三種傳感器有時可以通用。加速度傳感器通常尺寸比較小、重量輕，且工作頻率范圍較寬，這在測量時，不僅對試件振動特性的影響小，而且所測得的結果也很接近某個“點”，而不是某個“面”的振動，同時還能夠更好地適應振動頻率的要求，因而測振傳感器一般用加速度傳感器。加速度計是慣性導航系統和慣性制導系統的重要器件，用來測量運動物體的加速度和線性位移。已有的加速度計種類繁多，而且能夠滿足現有的絕大多數應用領域的要求，但隨著應用需求的變化，要求慣性器件同時具備精度高、體積小、重量輕、耗能低、經濟以及易于批量生產等特點，已有的加速度計卻很難同時滿足這些變化。基于MEMS工藝的光纖加速度傳感器除了具有抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、在惡劣環境下使用的獨特優點外，還具有體小質輕、動態范圍寬、響應快、精度高等優點。近來，隨著MEMS工藝與光纖傳感技術的結合，這種類型的傳感器已經逐漸成為新一代傳感器發展的主流方向。目前光纖加速度傳感器比較成熟的是光纖光柵式加速度傳感器，如CN204359817中所述，該類型加速度傳感器的解調精度高、技術成熟、具有溫度補償等特點，目前已經開始廣泛應用。但同時該類傳感器也存在著頻率響應偏低、精度偏低等自身的缺點。而國外的相關F-P腔光纖加速度傳感器，如US6921894中所述，該結構加速度傳感器為在光纖端面一體加工成型，由于激光加工時溫度較高，而導致該結構所形成的F-P腔的腔長具有不可控性，使得該結構及工藝的重復性較差。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于MEMS工藝的光纖加速度傳感器，該傳感器基于MEMS加工工藝，將F-P腔單獨加工制作，具有工藝簡單可控，一致性好等優點。同時加速度傳感器具有較高的靈敏度及響應頻率，可以實現高精度加速度的測量。本專利技術的目的是通過下述技術方案實現的。—種基于MEMS工藝的光纖加速度傳感器，包括彈性元件、基座、準直管以及光纖；彈性元件為中心帶有凸臺的結構，凸出位置命名為質量塊，平臺位置命名為彈性梁；基座為凹槽結構；準直管為中空圓柱體，用于固定光纖；彈性元件、基座與準直管依次固定連接；光纖通過準直管后與基座固定連接；所述凹槽底面中心點與彈性元件底面中心點對應，兩中心點連成一條直線，該直線即為光纖加速度傳感器的中心線；需保證所述凹槽底面有部分為平面，且該平面需將凹槽底面中心點包含其中；該平面與彈性元件底面相互平行；所述光纖加速度傳感器沿豎直方向的中心線左右對稱；所述彈性元件的材料為硅片；所述基座的材料為二氧化硅；所述準直管的材料為二氧化硅或石英；所述的彈性元件與基座采用MEMS工藝連接；所述的準直管與基座采用激光焊接工藝或膠粘技術連接；所述的光纖與準直管采用激光焊接技術或膠粘技術連接。所述的彈性元件為薄膜結構，形狀為圓形或者矩形；所述的基座為矩形或圓形；所述凹槽為矩形、圓弧形、圓柱形或其他軸對稱的形狀；工作過程:傳感器受到外界的振動時，質量塊受到慣性力的作用，彈性梁發生形變，導致由彈性元件與基座形成的F-P腔的腔長發生變化，通過光纖進行信號的傳輸，再由后端進行信號的處理與分析，得出加速度值。有益效果1、本專利技術的一種基于MEMS工藝的光纖加速度傳感器，基于MEMS加工工藝，將F-P腔單獨加工制作，具有工藝簡單可控，一致性好等優點；2、本專利技術的一種基于MEMS工藝的光纖加速度傳感器，具有較高的靈敏度及響應頻率，可以實現高精度加速度的測量；3、本專利技術的一種基于MEMS工藝的光纖加速度傳感器，具有體積小、重量輕、抗電磁干擾等優勢?！靖綀D說明】圖1是本專利技術的一種實施形式傳感器的結構示意圖；圖2是本專利技術的另一種實施形式傳感器的結構示意圖；圖3是本專利技術的一種帶有質量塊的圓形彈性元件示意圖；圖4是本專利技術的一種帶有質量塊的矩形彈性元件示意圖。其中，101—彈性元件；102—基底；103—準直管；104—光纖；105—彈性梁；106—質量塊?！揪唧w實施方式】下面結合附圖對本專利技術做以下詳細描述。實施例1如圖1、圖3所示，本專利技術的一種基于MEMS工藝的光纖加速度傳感器，包括彈性元件101、基座102、準直管103、光纖104。彈性元件101是通過刻蝕工藝將硅片刻蝕成帶有質量塊106和彈性梁105的結構，質量塊106與彈性梁105均為圓柱形；基座102式通過刻蝕工藝將二氧化硅刻蝕成中心帶有凹槽的結構，基座102和凹槽均為圓柱形，且圓形尺寸與彈性元件101相同；將彈性元件101與基座102通過S1-Si02鍵合工藝連接在一起；選取內、外徑尺寸分別于光纖104與基座102匹配的準直管103，材料為石英，通過二氧化碳激光器焊接工藝將準直管103與光纖104連接，保證準直管103與光纖104的上表面在同一平面內；將帶有光纖104的準直管103上表面與基座102的下表面通過二氧化碳激光器焊接工藝連接在一起。傳感器受到外界的振動當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于MEMS工藝的光纖加速度傳感器，其特征在于：包括彈性元件(101)、基座(102)、準直管(103)以及光纖(104)；彈性元件(101)為中心帶有凸臺的結構，凸出位置命名為質量塊(106)，平臺位置命名為彈性梁(105)；基座(102)為凹槽結構；準直管(103)為中空圓柱體，用于固定光纖(104)；彈性元件(101)、基座(102)與準直管(103)依次固定連接；光纖(104)通過準直管(103)后與基座(102)固定連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張毅翔，張慧君，
申請(專利權)人：中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11