一种光纤微型水听器制造技术

本发明专利技术光纤微型水听器属于声压传感器技术领域；该水听器包括四层结构，第一层是膜片，所述膜片为PDMS平膜或PET纹膜，第二层是中心有圆形通孔的第一支撑层，第三层是中心有圆形通孔的第二支撑层，第四层是中心有圆形通孔、边缘有通气孔的第三支撑层；膜片、第一支撑层、第二支撑层和第三支撑层依次中心对准键合在一起；第一支撑层、第二支撑层和第三支撑层的圆形通孔直径依次减小，呈阶梯状排列；在第三支撑层的圆形通孔中安装有插芯，插芯的中心插有光纤；从膜片到光纤端面为F‑P腔；本发明专利技术光纤微型水听器，能够解决膜片材料或膜片形状所带来的技术问题。

An optical fiber hydrophone

The invention belongs to the technical field of optical fiber hydrophone micro pressure sensor; the hydrophone consists of four layers, the first layer is the diaphragm, the diaphragm is PDMS plain film or PET grain film, the second layer is the center of the first support layer of circular holes, the third layer is the center of a circular through-hole second supporting layer, the fourth layer is the center of a circular through-hole, the edge of a hole third support layer; the first diaphragm, support layer, support layer second and third support layer are bonded together at the center of circular holes; the first support layer, support layer and the support layer third second diameter decreasing, is arranged in a ladder shape; a mortise installed in the circular holes third support layer in the center of the core plug is inserted from the diaphragm to the optical fiber; fiber end is F P cavity; the invention of micro optical fiber hydrophone, can solve the material or shape of the diaphragm with diaphragm Technical problems to come.

【技术实现步骤摘要】
一种光纤微型水听器
本专利技术光纤微型水听器属于声压传感器

技术介绍
现阶段，出现了一类膜片式光纤F-P(法布里珀罗)水听器，在原理上具有灵敏度高、响应速度快的技术优势。这类水听器的特点是敏感膜片和光纤端面构成F-P腔，外界声压信号会使敏感膜片发生振动，进而改变F-P腔的腔长，导致反射光信号发生变化，通过检测该变化，即可实现对外界声压相关信息的检测。水听器的性能与膜片直接相关。目前，这类水听器的膜片为硅、二氧化硅、氮化硅或PET材料制作的平膜，这些膜片应用在膜片式光纤F-P水听器中，会有以下问题：第一、对于膜片材料而言，基于硅、二氧化硅和氮化硅材料的膜片加工工艺复杂，制作周期长，成本高；而基于PET材料的膜片因加工工艺的原因导致厚度无法降低，降低了机械灵敏度；第二、对于平膜结构而言，外界压力会使平面变成非平面，面形的误差会直接传递到反射光信号中，使反射光信号存在误差，这又降低了检测的准确性。
技术实现思路
针对膜片式光纤F-P(法布里珀罗)水听器膜片材料与膜片形状的问题，本专利技术公开了一种光纤微型水听器；通过改变平膜材料，解决基于硅、二氧化硅和氮化硅材料的膜片加工工艺复杂，制作周期长，成本高的问题，以及基于PET材料的膜片因加工工艺的原因导致厚度无法降低，降低了机械灵敏度的问题；通过改变膜片形状，解决了面形误差传递到反射光信号中，使反射光信号存在误差，降低检测的准确性的问题。本专利技术的目的是这样实现的：一种光纤微型水听器，包括四层结构，第一层是膜片，所述膜片为PDMS平膜或PET纹膜，第二层是中心有圆形通孔的第一支撑层，第三层是中心有圆形通孔的第二支撑层，第四层是中心有圆形通孔、边缘有通气孔的第三支撑层；膜片、第一支撑层、第二支撑层和第三支撑层依次中心对准键合在一起；第一支撑层、第二支撑层和第三支撑层的圆形通孔直径依次减小，呈阶梯状排列；在第三支撑层的圆形通孔中安装有插芯，所述插芯由固化胶固定在第三支撑层的顶部，插芯的中心插有光纤，所述光纤由固化胶固定在插芯上，光纤的端面研磨平整；从膜片到光纤端面为F-P腔；膜片在外界声压作用下产生振动，引起F-P腔长的变化，进而导致反射光信号变化，从而检测外界声压相关信息。上述光纤微型水听器，在PDMS平膜或PET纹膜中间镀有金属层。以上光纤微型水听器，所述PET纹膜为中间平整、边缘带有褶皱波纹的结构；所述中间平整部分的直径大于光纤的直径，中间平整部分到光纤端面为F-P腔；所述褶皱波纹的截面形状为周期性的正弦形、矩形、三角形或梯形。以上光纤微型水听器，所述PET纹膜的加工方法包括以下步骤：步骤a、在基底上涂一层光刻胶，所述基底是平面单晶硅基底或平面玻璃基底；步骤b、利用光刻方法，将光刻掩模版上的波纹结构转移到光刻胶上；步骤c、利用反应离子刻蚀技术刻蚀基底，将光刻胶上的波纹结构转移到基底上；如果：基底是单晶硅，刻蚀气体为六氟化硫；基底是玻璃，刻蚀气体为三氟甲烷；步骤d、以步骤c得到的带有波纹结构的基底为压印模板，利用热固化胶遇热流动的特性填充压印模板，液态的热固化胶挤压PET膜片得到PET纹膜，脱模后得到PET波纹膜片。有益效果：第一、对于基于硅、二氧化硅和氮化硅材料的膜片加工工艺复杂，制作周期长，成本高的问题，本专利技术采用了PDMS材料，简化了加工工艺，减少了制作周期，降低了制作成本。第二、对于基于PET材料的膜片因加工工艺的原因导致厚度无法降低，降低了机械灵敏度的问题，本专利技术采用了PDMS材料，利用其表面张力小的特点，配合第三支撑层边缘有通气孔的结构设计，确保PDMS膜片两侧压力差值小于阈值，使PDMS膜片不易破损的机械特性充分发挥，从而大幅降低膜片的制作厚度，提高了光纤微型水听器的机械灵敏度。第三、对于平膜结构在外界压力下变成非平面，使得反射光信号存在误差，降低了检测准确性的问题，本专利技术又设计出了一套采用PET纹膜作为膜片的技术方案，纹膜结构，可以改善膜片中心点的变形，确保膜片中心在外界压力下仍然为近似的平面，有效降低反射光信号误差，有利于提高检测准确性。附图说明图1是本专利技术光纤微型水听器具体实施例一的结构示意图。图2是本专利技术光纤微型水听器具体实施例二的结构示意图。图3是本专利技术光纤微型水听器具体实施例三的结构示意图。图4是本专利技术光纤微型水听器具体实施例四的结构示意图。图5是PET纹膜褶皱波纹的截面示意图。图6是PET纹膜加工方法的工艺流程图。图7是光刻掩模版的示意图。图中：1PET纹膜、2第一支撑层、3第二支撑层、4第三支撑层、5插芯、6光纤、7固化胶、8金属层、9基底、10光刻胶、11热固化胶、12PDMS平膜。具体实施例下面结合附图对本专利技术具体实施方式作进一步详细描述。具体实施例一本实施例的光纤微型水听器，结构示意图如图1所示。该光纤微型水听器包括四层结构，第一层是膜片，所述膜片为PDMS平膜12，第二层是中心有圆形通孔的第一支撑层2，第三层是中心有圆形通孔的第二支撑层3，第四层是中心有圆形通孔、边缘有通气孔的第三支撑层4；膜片、第一支撑层2、第二支撑层3和第三支撑层4依次中心对准键合在一起；第一支撑层2、第二支撑层3和第三支撑层4的圆形通孔直径依次减小，呈阶梯状排列；在第三支撑层4的圆形通孔中安装有插芯5，所述插芯5由固化胶7固定在第三支撑层4的顶部，插芯5的中心插有光纤6，所述光纤6由固化胶7固定在插芯5上，光纤6的端面研磨平整；从膜片到光纤6端面为F-P腔；膜片1在外界声压作用下产生振动，引起F-P腔长的变化，进而导致反射光信号变化，从而检测外界声压相关信息。具体实施例二本实施例的光纤微型水听器，结构示意图如图2所示。该光纤微型水听器包括四层结构，第一层是膜片，所述膜片为PET纹膜1，第二层是中心有圆形通孔的第一支撑层2，第三层是中心有圆形通孔的第二支撑层3，第四层是中心有圆形通孔、边缘有通气孔的第三支撑层4；膜片、第一支撑层2、第二支撑层3和第三支撑层4依次中心对准键合在一起；第一支撑层2、第二支撑层3和第三支撑层4的圆形通孔直径依次减小，呈阶梯状排列；在第三支撑层4的圆形通孔中安装有插芯5，所述插芯5由固化胶7固定在第三支撑层4的顶部，插芯5的中心插有光纤6，所述光纤6由固化胶7固定在插芯5上，光纤6的端面研磨平整；从膜片到光纤6端面为F-P腔；膜片1在外界声压作用下产生振动，引起F-P腔长的变化，进而导致反射光信号变化，从而检测外界声压相关信息。具体实施例三本实施例的光纤微型水听器，在具体实施例一的基础上，进一步限定在PDMS平膜12中间镀有金属层8，如图3所示。具体实施例四本实施例的光纤微型水听器，在具体实施例二的基础上，进一步限定在PET纹膜1中间镀有金属层8，如图4所示。对于具体实施例三和具体实施例四需要说明的是，由于F-P腔内信号非常微弱，容易受到噪声干扰，因此为了提高信噪比，进而提高光纤微型水听器的测量精度，需要在不改变环境因素下直接增加信号强度。在PDMS平膜12或PET纹膜1中间镀有金属层8的结构设计，利用金属层8能够增加PDMS膜片1对入射光的反射率，直接增加F-P腔的信号强度，提高信噪比，进而提高光纤微型水听器的测量精度。具体实施例五本实施例的光纤微型水听器，在具体实施例二或具体实施例四的基础上，进一步限定PET纹膜1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤微型水听器，其特征在于，包括四层结构，第一层是膜片，所述膜片为PDMS平膜(12)或PET纹膜(1)，第二层是中心有圆形通孔的第一支撑层(2)，第三层是中心有圆形通孔的第二支撑层(3)，第四层是中心有圆形通孔、边缘有通气孔的第三支撑层(4)；膜片、第一支撑层(2)、第二支撑层(3)和第三支撑层(4)依次中心对准键合在一起；第一支撑层(2)、第二支撑层(3)和第三支撑层(4)的圆形通孔直径依次减小，呈阶梯状排列；在第三支撑层(4)的圆形通孔中安装有插芯(5)，所述插芯(5)由固化胶(7)固定在第三支撑层(4)的顶部，插芯(5)的中心插有光纤(6)，所述光纤(6)由固化胶(7)固定在插芯(5)上，光纤(6)的端面研磨平整；从膜片到光纤(6)端面为F‑P腔；膜片(1)在外界声压作用下产生振动，引起F‑P腔长的变化，进而导致反射光信号变化，从而检测外界声压相关信息。

【技术特征摘要】
1.一种光纤微型水听器，其特征在于，包括四层结构，第一层是膜片，所述膜片为PDMS平膜(12)或PET纹膜(1)，第二层是中心有圆形通孔的第一支撑层(2)，第三层是中心有圆形通孔的第二支撑层(3)，第四层是中心有圆形通孔、边缘有通气孔的第三支撑层(4)；膜片、第一支撑层(2)、第二支撑层(3)和第三支撑层(4)依次中心对准键合在一起；第一支撑层(2)、第二支撑层(3)和第三支撑层(4)的圆形通孔直径依次减小，呈阶梯状排列；在第三支撑层(4)的圆形通孔中安装有插芯(5)，所述插芯(5)由固化胶(7)固定在第三支撑层(4)的顶部，插芯(5)的中心插有光纤(6)，所述光纤(6)由固化胶(7)固定在插芯(5)上，光纤(6)的端面研磨平整；从膜片到光纤(6)端面为F-P腔；膜片(1)在外界声压作用下产生振动，引起F-P腔长的变化，进而导致反射光信号变化，从而检测外界声压相关信息。2.根据权利要求1所述的光纤微型水听器，其特征在于，在PDMS平膜(12)或PET纹膜(1)中间镀有金属层(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：金鹏，刘彬，王艾琳，王兴，林杰，韩余，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23