一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，属于光纤传感领域。本发明专利技术利用硅片进行刻蚀，形成弹性元件，利用二氧化硅刻蚀形成基座，将弹性元件与基座键合构成F-P腔，后端通过激光器焊接或胶粘工艺与准直管及光纤连接，形成光纤加速度传感器。当外界产生振动时，弹性元件会发生变形，导致F-P腔的腔长发生变化，通过腔长的变化量就可以得知相应的加速度值。本发明专利技术的优点在于体积小，重量轻，抗电磁干扰等。本发明专利技术具有较高的灵敏度及响应频率，可以实现高精度加速度的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，属于光纤传感领域。
技术介绍
振动传感器作为一类应用广泛的传感器，主要应用于航空航天、地质勘测、地震预报、环境保护、工业监控等领域。振动传感器的类型较多，按被测物理量来分有位移(振幅)传感器、速度传感器和加速度传感器三种。由于位移、速度和加速度这三个参数可以通过简单的微积分关系相互转换，故三种传感器有时可以通用。加速度传感器通常尺寸比较小、重量轻，且工作频率范围较宽，这在测量时，不仅对试件振动特性的影响小，而且所测得的结果也很接近某个“点”，而不是某个“面”的振动，同时还能够更好地适应振动频率的要求，因而测振传感器一般用加速度传感器。加速度计是惯性导航系统和惯性制导系统的重要器件，用来测量运动物体的加速度和线性位移。已有的加速度计种类繁多，而且能够满足现有的绝大多数应用领域的要求，但随着应用需求的变化，要求惯性器件同时具备精度高、体积小、重量轻、耗能低、经济以及易于批量生产等特点，已有的加速度计却很难同时满足这些变化。基于MEMS工艺的光纤加速度传感器除了具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、在恶劣环境下使用的独特优点外，还具有体小质轻、动态范围宽、响应快、精度高等优点。近来，随着MEMS工艺与光纤传感技术的结合，这种类型的传感器已经逐渐成为新一代传感器发展的主流方向。目前光纤加速度传感器比较成熟的是光纤光栅式加速度传感器，如CN204359817中所述，该类型加速度传感器的解调精度高、技术成熟、具有温度补偿等特点，目前已经开始广泛应用。但同时该类传感器也存在着频率响应偏低、精度偏低等自身的缺点。而国外的相关F-P腔光纤加速度传感器，如US6921894中所述，该结构加速度传感器为在光纤端面一体加工成型，由于激光加工时温度较高，而导致该结构所形成的F-P腔的腔长具有不可控性，使得该结构及工艺的重复性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，该传感器基于MEMS加工工艺，将F-P腔单独加工制作，具有工艺简单可控，一致性好等优点。同时加速度传感器具有较高的灵敏度及响应频率，可以实现高精度加速度的测量。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。—种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，包括弹性元件、基座、准直管以及光纤；弹性元件为中心带有凸台的结构，凸出位置命名为质量块，平台位置命名为弹性梁；基座为凹槽结构；准直管为中空圆柱体，用于固定光纤；弹性元件、基座与准直管依次固定连接；光纤通过准直管后与基座固定连接；所述凹槽底面中心点与弹性元件底面中心点对应，两中心点连成一条直线，该直线即为光纤加速度传感器的中心线；需保证所述凹槽底面有部分为平面，且该平面需将凹槽底面中心点包含其中；该平面与弹性元件底面相互平行；所述光纤加速度传感器沿竖直方向的中心线左右对称；所述弹性元件的材料为硅片；所述基座的材料为二氧化硅；所述准直管的材料为二氧化硅或石英；所述的弹性元件与基座采用MEMS工艺连接；所述的准直管与基座采用激光焊接工艺或胶粘技术连接；所述的光纤与准直管采用激光焊接技术或胶粘技术连接。所述的弹性元件为薄膜结构，形状为圆形或者矩形；所述的基座为矩形或圆形；所述凹槽为矩形、圆弧形、圆柱形或其他轴对称的形状；工作过程:传感器受到外界的振动时，质量块受到惯性力的作用，弹性梁发生形变，导致由弹性元件与基座形成的F-P腔的腔长发生变化，通过光纤进行信号的传输，再由后端进行信号的处理与分析，得出加速度值。有益效果1、本专利技术的一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，基于MEMS加工工艺，将F-P腔单独加工制作，具有工艺简单可控，一致性好等优点；2、本专利技术的一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，具有较高的灵敏度及响应频率，可以实现高精度加速度的测量；3、本专利技术的一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，具有体积小、重量轻、抗电磁干扰等优势。【附图说明】图1是本专利技术的一种实施形式传感器的结构示意图；图2是本专利技术的另一种实施形式传感器的结构示意图；图3是本专利技术的一种带有质量块的圆形弹性元件示意图；图4是本专利技术的一种带有质量块的矩形弹性元件示意图。其中，101—弹性元件；102—基底；103—准直管；104—光纤；105—弹性梁；106—质量块。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做以下详细描述。实施例1如图1、图3所示，本专利技术的一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，包括弹性元件101、基座102、准直管103、光纤104。弹性元件101是通过刻蚀工艺将硅片刻蚀成带有质量块106和弹性梁105的结构，质量块106与弹性梁105均为圆柱形；基座102式通过刻蚀工艺将二氧化硅刻蚀成中心带有凹槽的结构，基座102和凹槽均为圆柱形，且圆形尺寸与弹性元件101相同；将弹性元件101与基座102通过S1-Si02键合工艺连接在一起；选取内、外径尺寸分别于光纤104与基座102匹配的准直管103，材料为石英，通过二氧化碳激光器焊接工艺将准直管103与光纤104连接，保证准直管103与光纤104的上表面在同一平面内；将带有光纤104的准直管103上表面与基座102的下表面通过二氧化碳激光器焊接工艺连接在一起。传感器受到外界的振动当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，其特征在于：包括弹性元件(101)、基座(102)、准直管(103)以及光纤(104)；弹性元件(101)为中心带有凸台的结构，凸出位置命名为质量块(106)，平台位置命名为弹性梁(105)；基座(102)为凹槽结构；准直管(103)为中空圆柱体，用于固定光纤(104)；弹性元件(101)、基座(102)与准直管(103)依次固定连接；光纤(104)通过准直管(103)后与基座(102)固定连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅翔，张慧君，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11