CN108663113A - 一种光纤悬臂梁振动传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光纤悬臂梁振动传感器及其制备方法，包括硅基座、光纤悬臂梁、封装壳体及单光纤准直器，其中，封装壳体固定于硅基座上，且封装壳体的底部设置有第一凹槽，硅基座的上表面设置有开设有第二凹槽及第三凹槽，其中，第二凹槽与第三凹槽相连通，第一凹槽位于第二凹槽的正上方，单光纤准直器的端部***于第一凹槽内，光纤悬臂梁的端部沿第三凹槽伸入到第二凹槽内，且光纤悬臂梁的端部射出的光线经第二凹槽的内壁反射后入射到单光纤准直器中，该传感器能够实现振动的测量，同时体积小，抗电磁干扰能力强，同时制备方法简单，易于实现。
Description
技术领域
本发明属于MEMS工艺以及振动测量领域，涉及一种光纤悬臂梁振动传感器及其制备方法。
背景技术
光纤传感技术是二十世纪七十年代随着光纤与光纤通信技术发展起来的。通过外界参量作用在光纤上，引起光纤中的光波参数如光强、频率、波长、相位以及偏振态等的变化，通过检测光纤中光波参数的变化达到检测外界参量的目的。目前光纤传感器已经在电力***、大型结构与基础设施的检测、地质灾害的监测等领域得到了广泛的应用与研究。
振动问题一直都是科学技术领域的重要研究课题。随着生产技术的发展，在越来越多的研究方面都要关注振所带来的一些问题，因此振动的监测就显得尤为重要。目前，传统的振动测量主要是电磁类传感器，而电磁类的传感器存在着体积较大、易受电磁干扰等缺点，大大限制了其应用场合。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种光纤悬臂梁振动传感器及其制备方法，该传感器能够实现振动的测量，同时体积小，抗电磁干扰能力强，同时制备方法简单，易于实现。
为达到上述目的，本发明所述的光纤悬臂梁振动传感器包括硅基座、光纤悬臂梁、封装壳体及单光纤准直器，其中，封装壳体固定于硅基座上，且封装壳体的底部设置有第一凹槽，硅基座的上表面设置有开设有第二凹槽及第三凹槽，其中，第二凹槽与第三凹槽相连通，第一凹槽位于第二凹槽的正上方，单光纤准直器的端部***于第一凹槽内，光纤悬臂梁的端部沿第三凹槽伸入到第二凹槽内，且光纤悬臂梁的端部射出的光线经第二凹槽的内壁反射后入射到单光纤准直器中。
所述第三凹槽为V型槽，第二凹槽的横截面为梯形。
采用MEMS湿法腐蚀工艺利用刻有所需图形的二氧化硅做掩膜在硅基座的表面进行各向异性刻蚀，以形成第二凹槽及第三凹槽。
硅基座的上表面与第二凹槽的侧壁及第三凹槽的侧壁之间的夹角均为54.7°。
第二凹槽的侧壁上设置有增反金属膜，光纤悬臂梁的端部射出的光线经增反金属膜反射后入射到单光纤准直器中。
光纤悬臂梁通过粘结胶固定于第三凹槽内。
光纤悬臂梁的轴线与增反金属膜之间的夹角为54.7°，光纤悬臂梁的轴线与第二凹槽的底部相平行。
本发明所述的光纤悬臂梁振动传感器的制备方法包括以下步骤：
1)选取硅基座，再采用MEMS湿法腐蚀工艺利用刻有所需图形的二氧化硅做掩膜在硅基座的表面进行各向异性刻蚀，以制作第二凹槽及第三凹槽；
2)切割截取光纤悬臂梁；
3)将截取的光纤悬臂梁固定于第三凹槽内；
4)将固定有光纤悬臂梁的硅基座固定于封装壳体的底部；
5)在封装壳体上安装单光纤准直器，然后将光源接在光纤悬臂梁上，再在单光纤准直器上接光功率计，通过改变单光纤准直器的位置，以确定接收光功率最大的位置，并将单光纤准直器固定于接收光功率最大时对应的位置处，得光纤悬臂梁振动传感器。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的光纤悬臂梁振动传感器及其制备方法在具体操作时，当外界振动信号作用到整个传感器上时，则引起光纤悬臂梁振动，从而导致反射光路发生变化，进而导致单光纤准直器接收反射光束的范围发生变化，外部设备即可通过分析单光纤准直器接收反射光束的范围，以获得振动信号，与传统的电磁类传感器相比，本发明体积小，抗电磁干扰能力强。本发明在制备过程中，通过采用MEMS湿法腐蚀工艺利用刻有所需图形的二氧化硅做掩膜在硅基座的表面进行各向异性刻蚀，以制作第二凹槽及第三凹槽，制备方法简单，便于批量加工制作，同时制备得到的器件精准度较高。
附图说明
图1为本发明的截面图；
图2为本发明中硅基座1的结构示意图。
其中，1为硅基座、2为光纤悬臂梁、3为封装壳体、4为单光纤准直器、5为第三凹槽、6为第二凹槽、7为增反金属膜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1及图2所示，本发明所述的光纤悬臂梁振动传感器包括硅基座1、光纤悬臂梁2、封装壳体3及单光纤准直器4，其中，封装壳体3固定于硅基座1上，且封装壳体3的底部设置有第一凹槽，硅基座1的上表面设置有开设有第二凹槽6及第三凹槽5，其中，第二凹槽6与第三凹槽5相连通，第一凹槽位于第二凹槽6的正上方，单光纤准直器4的端部***于第一凹槽内，光纤悬臂梁2的端部沿第三凹槽5伸入到第二凹槽6内，且光纤悬臂梁2的端部射出的光线经第二凹槽6的内壁反射后入射到单光纤准直器4中。
所述第三凹槽5为V型槽，第二凹槽6的横截面为梯形；采用MEMS湿法腐蚀工艺利用刻有所需图形的二氧化硅做掩膜在硅基座1的表面进行各向异性刻蚀，以形成第二凹槽6及第三凹槽5；硅基座1的上表面与第二凹槽6的侧壁及第三凹槽5的侧壁之间的夹角均为54.7°；光纤悬臂梁2的轴线与增反金属膜7之间的夹角为54.7°，光纤悬臂梁2的轴线与第二凹槽6的底部相平行。
第二凹槽6的侧壁上设置有增反金属膜7，光纤悬臂梁2的端部射出的光线经增反金属膜7反射后入射到单光纤准直器4中；光纤悬臂梁2通过粘结胶固定于第三凹槽5内。
本发明所述的光纤悬臂梁振动传感器的制备方法包括以下步骤：
1)选取硅基座1，再采用MEMS湿法腐蚀工艺利用刻有所需图形的二氧化硅做掩膜在硅基座1的表面进行各向异性刻蚀，以制作第二凹槽6及第三凹槽5；
2)切割截取光纤悬臂梁2；
3)将截取的光纤悬臂梁2固定于第三凹槽5内；
4)将固定有光纤悬臂梁2的硅基座1固定于封装壳体3的底部；
5)在封装壳体3上安装单光纤准直器4，然后将光源接在光纤悬臂梁2上，再在单光纤准直器4上接光功率计，通过改变单光纤准直器4的位置，以确定接收光功率最大的位置，并将单光纤准直器4固定于接收光功率最大时对应的位置处，得光纤臂梁振动传感器。
采用溅射工艺在第二凹槽6的内壁上镀一层增反金属膜7，所述封装壳体3采用金属加工制作而成，封装壳体3除了用于整个传感器结构的支撑外，还可以形成封闭的环境，消除外界因素的干扰，保持光路的稳定性。
在传感器使用过程中，外界振动信号作用在整个传感器上，引起光纤悬臂梁2的振动，从而导致反射光路的变化，单光纤准直器4接收反射光束的范围发生变化，再由后端装置对信号进行处理及分析，即可得到振动信号。
Claims (8)
1.一种光纤悬臂梁振动传感器，其特征在于，包括硅基座(1)、光纤悬臂梁(2)、封装壳体(3)及单光纤准直器(4)，其中，封装壳体(3)固定于硅基座(1)上，且封装壳体(3)的底部设置有第一凹槽，硅基座(1)的上表面设置有开设有第二凹槽(6)及第三凹槽(5)，其中，第二凹槽(6)与第三凹槽(5)相连通，第一凹槽位于第二凹槽(6)的正上方，单光纤准直器(4)的端部***于第一凹槽内，光纤悬臂梁(2)的端部沿第三凹槽(5)伸入到第二凹槽(6)内，且光纤悬臂梁(2)的端部射出的光线经第二凹槽(6)的内壁反射后入射到单光纤准直器(4)中。
2.根据权利要求1所述的光纤悬臂梁振动传感器，其特征在于，所述第三凹槽(5)为V型槽，第二凹槽(6)的横截面为梯形。
3.根据权利要求2所述的光纤悬臂梁振动传感器，其特征在于，采用MEMS湿法腐蚀工艺利用刻有所需图形的二氧化硅做掩膜在硅基座(1)的表面进行各向异性刻蚀，以形成第二凹槽(6)及第三凹槽(5)。
4.根据权利要求3所述的光纤悬臂梁振动传感器，其特征在于，硅基座(1)的上表面与第二凹槽(6)的侧壁及第三凹槽(5)的侧壁之间的夹角均为54.7°。
5.根据权利要求1所述的光纤悬臂梁振动传感器，其特征在于，第二凹槽(6)的侧壁上设置有增反金属膜(7)，光纤悬臂梁(2)的端部射出的光线经增反金属膜(7)反射后入射到单光纤准直器(4)中。
6.根据权利要求2所述的光纤悬臂梁振动传感器，其特征在于，光纤悬臂梁(2)通过粘结胶固定于第三凹槽(5)内。
7.根据权利要求3所述的光纤悬臂梁振动传感器，其特征在于，光纤悬臂梁(2)的轴线与增反金属膜(7)之间的夹角为54.7°，光纤悬臂梁(2)的轴线与第二凹槽(6)的底部相平行。
8.一种权利要求1所述的光纤悬臂梁振动传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选取硅基座(1)，再采用MEMS湿法腐蚀工艺利用刻有所需图形的二氧化硅做掩膜在硅基座(1)的表面进行各向异性刻蚀，以制作第二凹槽(6)及第三凹槽(5)；
2)切割截取光纤悬臂梁(2)；
3)将截取的光纤悬臂梁(2)固定于第三凹槽(5)内；
4)将固定有光纤悬臂梁(2)的硅基座(1)固定于封装壳体(3)的底部；
5)在封装壳体(3)上安装单光纤准直器(4)，然后将光源接在光纤悬臂梁(2)上，再在单光纤准直器(4)上接光功率计，通过改变单光纤准直器(4)的位置，以确定接收光功率最大的位置，并将单光纤准直器(4)固定于接收管光功率最大时对应的位置处，得光纤悬臂梁振动传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181016 |