一种悬臂梁式光学MEMS压力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种悬臂梁式光学MEMS压力传感器，包括悬臂梁结构和传感器防护壳，所述悬臂梁结构的上方设有由两个受电弓碳滑板托架组成U型托架，悬臂梁结构梁臂和底座之间有一定的缝隙，缝隙在靠近悬臂梁结构根部位置一直到U型托架之前是1mm，从U型托架到远离悬臂梁结构根部的位置的缝隙保持1.5mm，悬臂梁结构上还安装有MEMS光学压力敏感芯片，传感器防护壳通过螺钉固定在悬臂梁结构上，本发明专利技术传感器件是在不改变受电弓本身力学结构的基础上进行加装的，且利于组装和拆卸，因此可以大批量地列装在运营列车的受电弓上，实时监测弓网之间的工作状态，保障安全运营。

【技术实现步骤摘要】
一种悬臂梁式光学MEMS压力传感器
本专利技术涉及传感器
，具体是一种悬臂梁式光学MEMS压力传感器。
技术介绍
光学MEMS传感技术是21世界前十年逐步兴起、发展和成熟的技术，其融合了光学技术及MEMS（微机电）技术，使传统光学传感提升到参数可调的“动态微光传感”的技术，拥有该技术的传感器具有体积小、质量轻、易安装、高灵敏度、动态响应、无源测量、抗电磁干扰等优点。而轨道交通譬如高速铁路及城市地铁已经成为人们出行的主要交通工具，人群密集型出行为轨道交通行业的运营安全带去严重的挑战，其中良好的接触网和受电弓之间的受流关系是重中之重。接触网和受电弓之间的压力过大会出现弓拉断网或网撞飞弓的事故，而压力过小则会出现受电弓受流不良及弓网间的拉弧等现象，因此，在列车行进过程中，受电弓和接触网之间必须存在合理的接触力，受电弓才能安全地把电流从接触网引入车体内的牵引变流系统中，从而为列车提供持续有效的动力。然而，轨道交通行业中的高电压受流技术，导致了传统的电子电气类传感器由于受电磁干扰的局限性而不能胜任测量列车运行时的动态弓网间压力，因此，只能运用接触式的光学导波传感技术才能实时在线测量弓网间的压力值。目前，有用FBG（光纤布拉格光栅）传感器铺设在碳滑板和其支架之间去测量行车时弓网间压力的技术，但由于碳滑板属于磨损部件，在每次新装或更换滑板时，均需将碳滑板从其支架拆卸下来再进行传感器预埋处理，其工期较长、成本较高、不能批量生产。另外，由于接触网和受电弓之间摩擦时产生的热能同时传递给FBG传感器，从而使回光的不规则温度信号叠加在压力信号上，从而导致所测压力不准确、不精确，故该测量技术并不适用于运营车辆的受电弓在线测量弓网间的压力值。再有，由于受电弓厂家的不同，会导致其生产不同类型的受电弓，如弹簧箱式受电弓、板簧式受电弓、弹片式受电弓和拉簧式受电弓。鉴于每种类型的受电弓传力机制不同，则测量接触网和受电弓之间压力的模式不同。因此，需要一种基于非磨损部件预埋处理的接触式光导波传感器的技术进行替代，而光学MEMS传感技术很好地解决了上述客观存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种悬臂梁式光学MEMS压力传感器，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种悬臂梁式光学MEMS压力传感器，包括悬臂梁结构和传感器防护壳，所述悬臂梁结构的上方设有由两个受电弓碳滑板托架组成U型托架，悬臂梁结构梁臂和底座之间有一定的缝隙，缝隙在靠近悬臂梁结构根部位置一直到U型托架之前是1mm，从U型托架到远离悬臂梁结构根部的位置的缝隙保持1.5mm，悬臂梁结构上还安装有MEMS光学压力敏感芯片，传感器防护壳通过螺钉固定在悬臂梁结构上，其位置位于MEMS光学压力敏感芯片上方，MEMS光学压力敏感芯片上连接有导波光纤，MEMS光学压力敏感芯片有两个，两个MEMS压力敏感芯片通过正交黏贴的方式布置。作为本专利技术的进一步技术方案：所述悬臂梁结构上还设有板簧固定孔位。作为本专利技术的进一步技术方案：所述悬臂梁结构上还设有四个用于固定螺丝的限位孔。作为本专利技术的进一步技术方案：所述传感器防护壳上设有悬臂梁结构固定孔位。作为本专利技术的进一步技术方案：所述所述悬臂梁结构和传感器防护壳之间的缝隙用泡棉进行封堵。作为本专利技术的进一步技术方案：所述受电弓碳滑板托架上设有碳滑板固定孔位。作为本专利技术的进一步技术方案：所述悬臂梁结构上设有传感器防护壳固定孔位，传感器防护壳固定孔位与悬臂梁结构固定孔位位置对应。作为本专利技术的进一步技术方案：所述悬臂梁结构根部的压力敏感芯片用温度传感芯片替代。作为本专利技术的进一步技术方案：所述MEMS压力敏感芯片和起温度补偿用的温度传感芯片用光纤光栅、光纤F-P腔或电子类应变测量的敏感元件替代。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、该传感器是无源器件，对于轨道交通上较高的受流电压，譬如高速铁路交流35K伏特和地铁直流1.5K伏特，则完全免疫，不受电磁干扰；2、该传感器可以直接安装在受电弓的板簧上，碳滑板被安置于其U型托架。由于良好的设计结构和力学传递效果，因此可以承受300牛的力，其设计量程远大于列车正常行驶时弓网之间的压力70-120牛，有效监测弓网间的动态压力值；3、该传感器采用了光学MEMS技术，对由力带来的形变的变换非常敏感，因此压力值的精度可以达到千分之三，分辨率能达到0.1N/pm；4、该传感器件是在不改变受电弓本身力学结构的基础上进行加装的，且利于组装和拆卸，因此可以大批量地列装在运营列车的受电弓上，实时监测弓网之间的工作状态，保障安全运营。附图说明图1是悬臂梁式光学MEMS压力传感器内部结构图。图2是悬臂梁式光学MEMS压力传感器外观图。图3是悬臂梁式光学MEMS压力传感器侧视图。图4是传感器的悬臂梁结构和防护壳组合侧视图。图中：1、悬臂梁结构；2、传感器防护壳；3、MEMS光学压力敏感芯片；4、限位孔；5、板簧固定孔位；6、受电弓碳滑板托架；7、碳滑板固定孔位；8、传感器防护壳固定孔位；9、悬臂梁结构固定孔位；10、导波光纤。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-2，实施例1：一种悬臂梁式光学MEMS压力传感器，包括悬臂梁结构1和传感器防护壳2，所述悬臂梁结构1的上方设有由两个受电弓碳滑板托架6组成U型托架，悬臂梁结构1梁臂和底座之间有一定的缝隙，缝隙在靠近悬臂梁结构1根部位置一直到U型托架之前是1mm，从U型托架到远离悬臂梁结构1根部的位置的缝隙保持1.5mm，悬臂梁结构1上还安装有MEMS光学压力敏感芯片3，传感器防护壳2通过螺钉固定在悬臂梁结构1上，其位置位于MEMS光学压力敏感芯片3上方，MEMS光学压力敏感芯片3上连接有导波光纤10。悬臂梁结构1上还设有板簧固定孔位5。悬臂梁结构1上还设有用于固定螺丝的限位孔4。传感器防护壳2上设有悬臂梁结构固定孔位9。MEMS光学压力敏感芯片3有多个。受电弓碳滑板托架上设有碳滑板固定孔位7。悬臂梁结构1上设有传感器防护壳固定孔位8，传感器防护壳固定孔位8与悬臂梁结构固定孔位9位置对应。U型托架经碳滑板传递来自于接触网和受电弓之间的动态压力后，U型托架垂直方向产生位移，引起悬臂梁结构1梁臂的弯曲，而黏贴在梁臂上的MEMS光学压力敏感芯片3产生对应的形变，从而导致经调制的谐振波长的偏移量来测量形变值，并由形变值可计算出对应的压力值。而用正交结构的两只光学MEMS光纤F-P压力敏感芯片的目的是通过应变的相互补偿使调制解调仪解调出来的压力值更精确。各部件具体结构与功能如下：悬臂梁结构1：该悬臂梁结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬臂梁式光学MEMS压力传感器，包括悬臂梁结构（1）和传感器防护壳（2），其特征在于，所述悬臂梁结构（1）的上方设有由两个受电弓碳滑板托架（6）组成U型托架，悬臂梁结构（1）梁臂和底座之间有一定的缝隙，缝隙在靠近悬臂梁结构（1）根部位置一直到U型托架之前是1mm，从U型托架到远离悬臂梁结构（1）根部的位置的缝隙保持1.5mm，悬臂梁结构（1）上还安装有MEMS光学压力敏感芯片（3），传感器防护壳2通过螺钉固定在悬臂梁结构（1）上，其位置位于MEMS光学压力敏感芯片（3）上方，MEMS光学压力敏感芯片（3）上连接有导波光纤（10），MEMS光学压力敏感芯片（3）有两个，两个MEMS压力敏感芯片（3）通过正交黏贴的方式布置。/n

【技术特征摘要】
1.一种悬臂梁式光学MEMS压力传感器，包括悬臂梁结构（1）和传感器防护壳（2），其特征在于，所述悬臂梁结构（1）的上方设有由两个受电弓碳滑板托架（6）组成U型托架，悬臂梁结构（1）梁臂和底座之间有一定的缝隙，缝隙在靠近悬臂梁结构（1）根部位置一直到U型托架之前是1mm，从U型托架到远离悬臂梁结构（1）根部的位置的缝隙保持1.5mm，悬臂梁结构（1）上还安装有MEMS光学压力敏感芯片（3），传感器防护壳2通过螺钉固定在悬臂梁结构（1）上，其位置位于MEMS光学压力敏感芯片（3）上方，MEMS光学压力敏感芯片（3）上连接有导波光纤（10），MEMS光学压力敏感芯片（3）有两个，两个MEMS压力敏感芯片（3）通过正交黏贴的方式布置。


2.根据权利要求1所述的一种悬臂梁式光学MEMS压力传感器，其特征在于，所述悬臂梁结构（1）上还设有板簧固定孔位（5）。


3.根据权利要求1所述的一种悬臂梁式光学MEMS压力传感器，其特征在于，所述悬臂梁结构（1）上还设有四个用于固定螺丝的限位孔（4）。


4.根据权利要求1所述的一种悬...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴迅奇，李伟伟，
申请(专利权)人：上海拜安传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31