本發(fā)明光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器及加工方法屬于聲壓傳感器技術(shù)和加速度傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在航空航天、軍工船舶、生物醫(yī)學(xué)和建筑等領(lǐng)域，需要測量加速度、聲壓等諸多物理量，測量這些物理量離不開傳感器。光纖傳感器包括光纖加速度傳感器、光纖聲壓傳感器作為一種新興的傳感器，得到了快速發(fā)展。

光纖法珀傳感器是一種重要的光纖傳感器。光纖法珀傳感器在外界物理量作用下引起法珀腔的腔長變化，從而導(dǎo)致法珀腔的反射率發(fā)生變化?；谠撛恚ㄟ^測量法珀腔的反射率變化，就能夠得到外界物理量的大小。

現(xiàn)階段，光纖法珀傳感器只有共軸型，共軸型傳感器結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，制作成本低，但是共軸型光纖法珀腔傳感器尺寸較長，無法貼合于被測物表面使用，而且共軸型光纖法珀腔傳感器的腔長不好控制，使得其穩(wěn)定性較差。

另外目前的光纖法珀傳感器只能測量一種物理量，如光纖加速度傳感器只能用來測量加速度，光纖聲壓傳感器只能用來測量聲壓，在需要測量多個(gè)物理量的情況下需要多個(gè)傳感器分別測量各個(gè)物理量。而且目前加速度測量領(lǐng)域，加速度的測量易受振動(dòng)、聲壓等噪聲影響，加速度傳感器的實(shí)際應(yīng)用都需要外加噪聲測量裝置來測量噪聲并對(duì)加速度測量信號(hào)加以補(bǔ)償，這樣就存在兩個(gè)問題，首先外加噪聲測量裝置增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度、制作難度和成本，其次外加噪聲測量裝置處測得的噪聲并不一定與加速度傳感器的實(shí)際噪聲相一致，

為了解決以上問題，需要發(fā)展垂直型光纖法珀復(fù)合物理量傳感器，不僅能夠使傳感器貼合于被測物表面使用，還能夠測量多個(gè)物理量，并提高某些物理量的測量精度。然而，還沒有查閱到垂直型光纖法珀復(fù)合物理量傳感器的相關(guān)信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明公開了一種光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器及加工方法。該聲壓加速度復(fù)合傳感器不僅能夠使傳感器貼合于被測物表面使用，還能夠同時(shí)測量加速度和聲壓兩個(gè)物理量，并提高加速度信號(hào)的測量精度。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器，包括一個(gè)聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置在聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)頂部的聲壓薄膜，一個(gè)質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置在質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)頂部的質(zhì)量塊，所述聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)和質(zhì)量塊通過連接結(jié)構(gòu)連接，在聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)側(cè)面對(duì)向插入第一光纖和第二光纖，所述第一光纖和第二光纖緊貼聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)底部；第一光纖和第二光纖相對(duì)的兩個(gè)端面中至少有一個(gè)研拋成45°，45°研拋端面上鍍有反射膜；第一光纖中傳播的光束在45°研拋端面上反射，照射在聲壓薄膜上，第一光纖與聲壓薄膜構(gòu)成光纖法珀聲壓傳感器；第二光纖中傳播的光束在45°研拋端面上反射，經(jīng)聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)底部的通孔照射在質(zhì)量塊上，第二光纖與質(zhì)量塊構(gòu)成光纖法珀加速度傳感器。

一種光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器的加工方法，包括以下步驟：

步驟a、加工有光纖插口和通孔的聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)；

步驟b、加工聲壓薄膜；

所述的步驟a和步驟b同步進(jìn)行或按任意先后順序進(jìn)行；

步驟c、將聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)的頂端與聲壓薄膜鍵合在一起；

步驟d、加工質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)；

步驟e、加工從中間向四周由厚變薄結(jié)構(gòu)的上表面鍍有反射膜的質(zhì)量塊；

所述的步驟d和步驟e同步進(jìn)行或按任意先后順序進(jìn)行；

步驟f、將質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)的頂端與質(zhì)量塊鍵合在一起；

步驟g、加工用于連接聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)與質(zhì)量塊的連接結(jié)構(gòu)；

步驟h、將聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)與質(zhì)量塊用連接結(jié)構(gòu)鍵合在一起；

步驟i、分別將第一光纖和第二光纖從兩個(gè)光纖插口插入，將45°研拋端面與聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)的底面調(diào)整為45°；

步驟j、將第二光纖從另一側(cè)光纖插口插入；

步驟k、用膠將聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)上的光纖插口與光纖的縫隙密封。

上述光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器的加工方法，所述步驟a包括以下步驟：

步驟a1、加工有光纖插口和通孔的聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)底座；

步驟a2、加工能夠與聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)底座配合的聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)支座；

所述的步驟a1和步驟a2同步進(jìn)行或按任意先后順序進(jìn)行；

步驟a3、按照聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)支座在上，聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)底座在下的順序?qū)⒙晧罕∧ぶ谓Y(jié)構(gòu)支座與聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)底座鍵合，得到聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)。

上述光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器的加工方法，所述步驟d包括以下步驟：

步驟d1、加工質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)底座；

步驟d2、加工能夠與質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)底座配合的質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)支座；

所述的步驟d1和步驟d2同步進(jìn)行或按任意先后順序進(jìn)行；

步驟d3、按照質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)支座在上，質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)底座在下的順序?qū)①|(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)支座與質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)底座鍵合，得到質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)。

有益效果：

第一、由于第一光纖從聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)側(cè)面插入，使光纖與法珀腔形成垂直結(jié)構(gòu)，有效減少腔長，進(jìn)而減少光纖法珀聲壓/加速度傳感器的尺寸，并且能夠貼合于被測物表面使用；

第二、由于光纖插入位置靠近聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)底部，通過聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)的底部限定光纖位置，解決了共軸型光纖法珀傳感器穩(wěn)定性差的問題；

第三、將加速度傳感器與聲壓傳感器集成在一起，能夠同時(shí)測量聲壓和加速度兩個(gè)物理量，提高了傳感器集成度：

第四、將聲壓傳感器與加速度傳感器集成在一起，聲壓信號(hào)能夠作為準(zhǔn)確的噪聲補(bǔ)償，對(duì)加速度信號(hào)加以自動(dòng)校正，對(duì)于加速度信號(hào)而言，可以實(shí)現(xiàn)在不需要增加信號(hào)處理設(shè)備的同時(shí)，使加速度測量的精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器具體實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器具體實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器加工方法工藝流程圖。

圖4是聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)的加工方法工藝流程圖。

圖5是質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)的加工方法工藝流程圖。

圖中：1聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)、11聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)底座、12聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)支座、2聲壓薄膜、3質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)、31質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)底座、32質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)支座、4質(zhì)量塊、5連接結(jié)構(gòu)、6第一光纖、7第二光纖、8膠。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明具體實(shí)施方式做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

具體實(shí)施例一

本實(shí)施例為光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器的實(shí)施例。

本實(shí)施例的光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所述。該光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器包括一個(gè)聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)1，設(shè)置在聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)1頂部的聲壓薄膜2，一個(gè)質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)3，設(shè)置在質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)3頂部的質(zhì)量塊4，所述聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)1和質(zhì)量塊4通過連接結(jié)構(gòu)5連接，在聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)1側(cè)面對(duì)向插入第一光纖6和第二光纖7，所述第一光纖6和第二光纖7緊貼聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)1底部；第一光纖6和第二光纖7相對(duì)的兩個(gè)端面中至少有一個(gè)研拋成45°，45°研拋端面上鍍有反射膜；第一光纖6中傳播的光束在45°研拋端面上反射，照射在聲壓薄膜2上，第一光纖6與聲壓薄膜2構(gòu)成光纖法珀聲壓傳感器；第二光纖7中傳播的光束在45°研拋端面上反射，經(jīng)聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)1底部的通孔照射在質(zhì)量塊4上，第二光纖7與質(zhì)量塊4構(gòu)成光纖法珀加速度傳感器。

在本實(shí)施例中，第一光纖6的端面研拋成45°，第二光纖7的端面沒有研拋。

具體實(shí)施例二

本實(shí)施例為光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器的實(shí)施例。

本實(shí)施例的光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所述。與具體實(shí)施例一的不同在于，在本實(shí)施例中，第一光纖6和第二光纖7的端面均研拋成45°，且兩個(gè)研拋端面重合。

具體實(shí)施例三

本實(shí)施例為光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器的加工方法實(shí)施例。

本實(shí)施例的光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器的加工方法，工藝流程圖如圖3所示。該方法包括以下步驟：

步驟a、加工有光纖插口和通孔的聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)1；

步驟b、加工聲壓薄膜2；

所述的步驟a和步驟b同步進(jìn)行或按任意先后順序進(jìn)行；

步驟c、將聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)1的頂端與聲壓薄膜2鍵合在一起；

步驟d、加工質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)3；

步驟e、加工從中間向四周由厚變薄結(jié)構(gòu)的上表面鍍有反射膜的質(zhì)量塊4；

所述的步驟d和步驟e同步進(jìn)行或按任意先后順序進(jìn)行；

步驟f、將質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)3的頂端與質(zhì)量塊4鍵合在一起；

步驟g、加工用于連接聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)1與質(zhì)量塊4的連接結(jié)構(gòu)5；

步驟h、將聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)1與質(zhì)量塊4用連接結(jié)構(gòu)5鍵合在一起；

步驟i、分別將第一光纖6和第二光纖7從兩個(gè)光纖插口插入，將45°研拋端面與聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)1的底面調(diào)整為45°；

步驟j、將第二光纖7從另一側(cè)光纖插口插入；

步驟k、用膠8將聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)1上的光纖插口與光纖的縫隙密封。

具體實(shí)施例四

本實(shí)施例為光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器的加工方法實(shí)施例。

本實(shí)施例的光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器的加工方法，在具體實(shí)施例三的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步限定步驟a包括以下步驟：

步驟a1、加工有光纖插口和通孔的聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)底座11；

步驟a2、加工能夠與聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)底座11配合的聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)支座12；

所述的步驟a1和步驟a2同步進(jìn)行或按任意先后順序進(jìn)行；

步驟a3、按照聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)支座12在上，聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)底座11在下的順序?qū)⒙晧罕∧ぶ谓Y(jié)構(gòu)支座12與聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)底座11鍵合，得到聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)1。

聲壓薄膜支撐結(jié)構(gòu)1的加工方法工藝流程圖如圖4所示。

具體實(shí)施例五

本實(shí)施例為光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器的加工方法實(shí)施例。

本實(shí)施例的光纖法珀聲壓加速度復(fù)合傳感器的加工方法，在具體實(shí)施例三的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步限定步驟d包括以下步驟：

步驟d1、加工質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)底座31；

步驟d2、加工能夠與質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)底座31配合的質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)支座32；

所述的步驟d1和步驟d2同步進(jìn)行或按任意先后順序進(jìn)行；

步驟d3、按照質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)支座32在上，質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)底座31在下的順序?qū)①|(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)支座32與質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)底座31鍵合，得到質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)3。

質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)3的加工方法工藝流程圖如圖5所示。