專利名稱：琺珀加速度傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種琺珀加速度傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著生物、醫(yī)學(xué)、能源、環(huán)境、航天航空、軍事等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)傳感器 的微型化、輕量化、低能耗、耐惡劣環(huán)境能力等提出了非常迫切的要求，微納傳感器已成為 國(guó)際上的重大科技前沿?zé)狳c(diǎn)之一。激光微加工技術(shù)的迅猛發(fā)展為研究新一代微納光纖傳感器 件提供了新的技術(shù)手段，因此如何應(yīng)用激光等現(xiàn)代微納米加工技術(shù)在光纖上實(shí)現(xiàn)各種微納功 能性傳感器件是未來(lái)光纖傳感器發(fā)展的重要趨勢(shì)，也是傳感器大領(lǐng)域中的一個(gè)十分前沿、重 大的科學(xué)課題。
基于MEMS的微納傳感器都是基于電參數(shù)測(cè)量的原理，在耐惡劣環(huán)境能力方面還存在諸多 問(wèn)題，特別是難以在高溫(60(TC以上)、低溫(-6(TC以下)、強(qiáng)電磁干擾、易燃易爆環(huán)境 等惡劣條件下工作，從而極大地限制了MEMS傳感器在許多重要領(lǐng)域的特殊應(yīng)用，如航天航空 、能源、化工、生物醫(yī)學(xué)等。在傳感器的大家族中，光纖傳感器具有本質(zhì)安全、不受電磁干 擾、便于聯(lián)網(wǎng)與遠(yuǎn)距離遙測(cè)、適于惡劣環(huán)境等一系列優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為新一代傳感器技術(shù)的 主流發(fā)展方向之一。
光纖加速度傳感器近年來(lái)受到了極大的關(guān)注，目前已經(jīng)有多種光纖加速度傳感器，比如 :環(huán)形腔干涉儀加速度計(jì)、布拉格光纖光柵加速度計(jì)、組合式光纖琺珀加速度計(jì)等。這些加 速度傳感器都有共同的缺點(diǎn)就是需要有其它結(jié)構(gòu)配合，如質(zhì)量塊、橫梁或彈簧等，才能構(gòu)成 加速度傳感器，尺寸較大，難于用在高溫環(huán)境中，且傳感器的制作重復(fù)性有待提高。 US6921894公開(kāi)了一種微光纖琺珀加速度計(jì)，通過(guò)彈簧將光纖和質(zhì)量塊連接起來(lái)，具有重復(fù) 性不好、溫度敏感性高、不利于規(guī)?；圃?、光學(xué)性能較差等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種光學(xué)性能好的琺珀加速度傳感器。 本發(fā)明還要提供一種上述法珀加速度傳感器的制造方法，可以批量化、高成品率和高重
復(fù)率的制造各種量程的法珀加速度傳感器。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是法珀加速度傳感器，包括光纖或平面波導(dǎo)，
所述光纖或平面波導(dǎo)上有帶膜片的通孔式琺珀腔。進(jìn)一步的，所述膜片上還有質(zhì)量塊。 進(jìn)一步的，所述質(zhì)量塊位于所述膜片的上端。 進(jìn)一步的，所述質(zhì)量塊位于所述膜片的中部。 進(jìn)一步的，所述質(zhì)量塊是2個(gè)，分別位于膜片的兩側(cè)。
進(jìn)一步的，所述膜片沿著光纖或平面波導(dǎo)的縱向截面積小于光纖或平面波導(dǎo)的縱向截面積。
進(jìn)一步的，所述通孔式琺珀腔的腔長(zhǎng)小于200微米。 進(jìn)一步的，所述膜片的縱向截面圖是距形。
法珀加速度傳感器的制造方法，該方法為在所述光纖或平面波導(dǎo)(5)上用帶掩模板的 激光加工一個(gè)帶膜片的通孔式琺珀腔，就制成法珀加速度傳感器。 進(jìn)一步的，在所述膜片上還加工有質(zhì)量塊。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用激光加工工藝，傳感器的兩個(gè)反射面都是平面，反射 性能很好，傳感器的光學(xué)性能極其優(yōu)良；本發(fā)明采用激光加工工藝對(duì)任何種類的光纖或平面 波導(dǎo)都適用，生產(chǎn)效率高，可以實(shí)現(xiàn)批量化、高成品率和高重復(fù)率的制造；本發(fā)明采用的激 光加工工藝可以對(duì)光纖或平面波導(dǎo)進(jìn)行精確的切割，易于制成各種量程的加速度傳感器。


圖l是本發(fā)明實(shí)施例l的琺珀加速度傳感器的主視圖2是實(shí)施例2的琺珀加速度傳感器的剖視圖3是圖2的A-A剖面圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的琺珀加速度傳感器的主視圖5是圖4的剖視圖6是本發(fā)明實(shí)施例4的琺珀加速度傳感器的主視圖； 圖7是圖6的剖視圖8是本發(fā)明實(shí)施例5的琺珀加速度傳感器的的主視圖； 圖9是圖8的剖視圖10是膜片2不在端面的實(shí)施例的剖視圖11是本發(fā)明實(shí)施例6的琺珀加速度傳感器的主視圖12是圖10的剖視圖13是本發(fā)明實(shí)施例1的琺珀加速度傳感器的反射光譜圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l:
在單模石英光纖1圓柱面上用帶掩模板的紫外激光加工一個(gè)帶膜片2和質(zhì)量塊4的通孔式 琺珀腔3，就制成本發(fā)明的光纖琺珀加速度傳感器，如圖1所示，其反射光譜圖如圖13所示， 反射條紋對(duì)比度達(dá)20dB以上。
上述傳感器工作時(shí)，當(dāng)傳感器感受到向右的正加速度或向左的負(fù)加速度時(shí)，膜片2向右 運(yùn)動(dòng)，使得琺珀腔3的腔長(zhǎng)變大，通過(guò)測(cè)試腔長(zhǎng)變化來(lái)測(cè)得加速度；當(dāng)加速度傳感器感受到 向左的正加速度或向右的負(fù)加速度時(shí)，膜片2向左運(yùn)動(dòng)，使得琺珀腔3的腔長(zhǎng)變小，通過(guò)測(cè)試 腔長(zhǎng)變化來(lái)測(cè)得加速度。
實(shí)施例2:
在實(shí)施例l的基礎(chǔ)上，利用帶掩模板的激光將膜片2加工去掉一部分，如圖2、圖3所示的 圖形，即膜片2沿著光纖1的縱向截面積小于光纖l的縱向截面積，就制成光纖琺珀加速度傳 感器。
該加速度傳感器與實(shí)施例l相比靈敏度更高，這是由于膜片2的根部變窄而導(dǎo)致的。 實(shí)施例3:
在單模石英光纖1圓柱面上用帶掩模板的紫外激光加工一個(gè)帶膜片2的長(zhǎng)為45.6微米的通 孔式琺珀腔3，并具有長(zhǎng)為100微米的質(zhì)量塊4，如圖4和圖5所示，就制成光纖琺珀加速度傳 感器。
該加速度傳感器與實(shí)施例1和2相比，測(cè)試過(guò)程中光譜沒(méi)有畸變。 實(shí)施例4:
在單模石英光纖1圓柱面上用帶掩模板的紫外激光加工一個(gè)帶膜片2的長(zhǎng)為45.6微米的通 孔式琺珀腔3，并具有長(zhǎng)為100微米的2個(gè)質(zhì)量塊4， 2個(gè)質(zhì)量塊4分別位于膜片2的兩側(cè)，如圖6 和圖7所示，就制成本發(fā)明的光纖琺珀加速度傳感器。
該加速度傳感器與實(shí)施例1和2相比，測(cè)試過(guò)程中光譜沒(méi)有畸變，并比實(shí)施例3的靈敏度 更高。
實(shí)施例5:
在平面波導(dǎo)5上用紫外激光加工一個(gè)帶膜片2的通孔式琺珀腔3，如圖8和圖9所示，就制 成本發(fā)明的琺珀加速度傳感器。
也可以將膜片2不加工在端面，如圖10所示。 實(shí)施例6 :
在平面波導(dǎo)5上用激光加工一個(gè)帶膜片2和質(zhì)量塊4的通孔式琺珀腔3，如圖11和圖12所示，就制成本發(fā)明的琺珀加速度傳感器。
上述實(shí)施例3和4也可以采用實(shí)施例的方法將膜片2的根部變窄，這樣傳感器靈敏度會(huì)更 高；上述膜片2的形狀和厚度可調(diào)，膜片2的形狀可以是圓形、矩形或多邊形等多種形狀，但 最好是距形(縱向截面圖)。
權(quán)利要求
權(quán)利要求1法珀加速度傳感器，包括光纖(1)或平面波導(dǎo)(5)，其特征在于所述光纖(1)或平面波導(dǎo)(5)上有帶膜片(2)的通孔式琺珀腔(3)。
2 如權(quán)利要求l所述的法珀加速度傳感器，其特征在于所述膜片( 2)上還有質(zhì)量塊(4)。
3 如權(quán)利要求2所述的法珀加速度傳感器，其特征在于所述質(zhì)量塊 (4)位于所述膜片(2)的上端。
4 如權(quán)利要求2所述的法珀加速度傳感器，其特征在于所述質(zhì)量塊 (4)位于所述膜片(2)的中部。
5 如權(quán)利要求2所述的法珀加速度傳感器，其特征在于所述質(zhì)量塊 (4)是2個(gè)，分別位于膜片(2)的兩側(cè)。
6 如權(quán)利要求l所述的法珀加速度傳感器，其特征在于所述膜片( 2)沿著光纖(1)或平面波導(dǎo)(5)的縱向截面積小于光纖(1)或平面波導(dǎo)(5)的縱向截面積
7 如權(quán)利要求l所述的法珀加速度傳感器，其特征在于所述通孔式 琺珀腔(3)的腔長(zhǎng)小于200微米。
8 如權(quán)利要求l所述的法珀加速度傳感器，其特征在于所述膜片( 2)的縱向截面圖是距形。
9 法珀加速度傳感器的制造方法，其特征在于，該方法為在所述 光纖(1)或平面波導(dǎo)(5)上用帶掩模板的激光加工一個(gè)帶膜片(2)的通孔式琺珀腔(3)， 就制成法珀加速度傳感器。
10 如權(quán)利要求9所述的法珀加速度傳感器的制造方法，其特征在于 ，在所述膜片(2)上還加工有質(zhì)量塊(4)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光學(xué)性能好的琺珀加速度傳感器。法珀加速度傳感器，包括光纖或平面波導(dǎo)，所述光纖或平面波導(dǎo)上有帶膜片的通孔式琺珀腔。法珀加速度傳感器的制造方法，該方法為在所述光纖或平面波導(dǎo)上用帶掩模板的激光加工一個(gè)帶膜片的通孔式琺珀腔，就制成法珀加速度傳感器。本發(fā)明采用激光加工工藝，傳感器的兩個(gè)反射面都是平面，反射性能很好，傳感器的光學(xué)性能極其優(yōu)良；本發(fā)明采用激光加工工藝對(duì)任何種類的光纖或平面波導(dǎo)都適用，生產(chǎn)效率高，可以實(shí)現(xiàn)批量化、高成品率和高重復(fù)率的制造；本發(fā)明采用的激光加工工藝可以對(duì)光纖或平面波導(dǎo)進(jìn)行精確的切割，易于制成各種量程的加速度傳感器。
文檔編號(hào)G01P15/03GK101424698SQ20081030538
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者冉曾令, 饒?jiān)平?申請(qǐng)人:冉曾令