本發(fā)明屬于振動(dòng)傳感器，具體涉及一種微型化三軸耐高溫光纖mems振動(dòng)傳感器。

背景技術(shù)：

1、振動(dòng)對于航空發(fā)動(dòng)機(jī)等先進(jìn)裝備的性能和安全都有著重要影響，所以測量振動(dòng)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。光纖fp(fabry-perot)腔振動(dòng)傳感器通過測量光纖fp腔腔長變化來測量振動(dòng)，與傳統(tǒng)電學(xué)振動(dòng)傳感器相比，光纖fp振動(dòng)傳感器具有很多優(yōu)勢，光纖fp振動(dòng)傳感器具有抗電磁干擾、耐高溫、耐腐蝕、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)宇航環(huán)境下的高溫、低溫和強(qiáng)振動(dòng)等惡劣環(huán)境，在航天航空領(lǐng)域應(yīng)用中具有廣闊的前景。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)等狹小環(huán)境下安裝振動(dòng)傳感器的空間有限，對光纖振動(dòng)傳感器提出了微型化、耐高溫、三軸振動(dòng)測試的要求。目前，國內(nèi)外的學(xué)者們已研究各種結(jié)構(gòu)的光纖fp振動(dòng)傳感器，有的尺寸做到微型化，但只能測量單軸的振動(dòng)；也有的能測量多軸振動(dòng)，但尺寸仍較大，且不耐高溫，無法滿足宇航環(huán)境的安裝空間對振動(dòng)傳感器尺寸微型化、耐高溫的需求。因此研究滿足安裝與監(jiān)測需求的微型化、耐高溫、可測量三軸振動(dòng)的光纖fp振動(dòng)傳感器具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種微型化三軸耐高溫光纖mems振動(dòng)傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)微型化、耐高溫和三軸振動(dòng)測量。

2、本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種微型化三軸耐高溫光纖mems振動(dòng)傳感器，包括振動(dòng)敏感結(jié)構(gòu)、x和y軸出光光纖、x和y軸準(zhǔn)直蓋板、z軸出光光纖、z軸準(zhǔn)直蓋板和準(zhǔn)直管；

3、所述振動(dòng)敏感結(jié)構(gòu)包括具有互相垂直的三個(gè)面的一體化框架以及分別嵌入一體化框架的三個(gè)面中的三組梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，所述三個(gè)面分別為x軸平面、y軸平面和z軸平面，每組梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)包括質(zhì)量塊和一對或多對梁，梁在質(zhì)量塊周圍對稱分布，連接質(zhì)量塊與一體化框架，質(zhì)量塊的厚度不超過一體化框架的厚度，梁的厚度不超過質(zhì)量塊的厚度；

4、所述x和y軸出光光纖在末端沿45°方向切割，形成傾斜端面，該傾斜端面末端通過研磨形成研磨平面，研磨平面與質(zhì)量塊表面之間形成fp腔；x和y軸準(zhǔn)直蓋板開有凹槽，x和y軸出光光纖置于凹槽底部，光纖出光方向?yàn)閤和y軸準(zhǔn)直蓋板的開槽平面的方向，光纖出光位置正對質(zhì)量塊表面；x和y軸準(zhǔn)直蓋板分別與一體化框架的x軸平面和y軸平面鍵合，能夠測量x、y兩軸的振動(dòng)；

5、所述z軸出光光纖為90°切割光纖，在90°切割端面與質(zhì)量塊表面之間形成fp腔；z軸準(zhǔn)直蓋板的中心開有圓孔，準(zhǔn)直管呈圓柱形，固定在準(zhǔn)直蓋板上，中心開有通孔，z軸出光光纖分別通過所述圓孔和通孔穿入準(zhǔn)直管和z軸準(zhǔn)直蓋板；z軸準(zhǔn)直蓋板與一體化框架的z軸平面鍵合，能夠測量z軸的振動(dòng)。

6、優(yōu)選地，所述梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)和一體化框架的材料為硅，采用mems方法加工形成。

7、優(yōu)選地，所述x和y軸出光光纖具有纖芯、包層和涂覆層，研磨平面的研磨部分超過涂覆層的厚度，但不超過所述x和y軸出光光纖的中心線。

8、優(yōu)選地，所述x和y軸準(zhǔn)直蓋板的凹槽寬度為光纖外徑，凹槽深度不小于光纖直徑。

9、優(yōu)選地，所述x和y軸出光光纖利用高溫膠或激光焊接固定在凹槽底部。

10、優(yōu)選地，所述x和y軸準(zhǔn)直蓋板、z軸準(zhǔn)直蓋板以及準(zhǔn)直管均為高硼硅玻璃材質(zhì)。

11、優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直管與z軸準(zhǔn)直蓋板之間、z軸出光光纖與準(zhǔn)直管之間利用高溫膠或激光焊接固定。

12、優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直管穿入z軸出光光纖的一端開有喇叭口。

13、根據(jù)本發(fā)明上述方面的微型化三軸耐高溫光纖mems振動(dòng)傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)微型化、耐高溫和三軸振動(dòng)測量。

技術(shù)特征：

1.一種微型化三軸耐高溫光纖mems振動(dòng)傳感器，其特征在于，包括振動(dòng)敏感結(jié)構(gòu)、x和y軸出光光纖、x和y軸準(zhǔn)直蓋板、z軸出光光纖、z軸準(zhǔn)直蓋板和準(zhǔn)直管；

2.如權(quán)利要求1所述的振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)和一體化框架的材料為硅，采用mems方法加工形成。

3.如權(quán)利要求1或2所述的振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述x和y軸出光光纖具有纖芯、包層和涂覆層，研磨平面的研磨部分超過涂覆層的厚度，但不超過所述x和y軸出光光纖的中心線。

4.如權(quán)利要求1或2所述的振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述x和y軸準(zhǔn)直蓋板的凹槽寬度為光纖外徑，凹槽深度不小于光纖直徑。

5.如權(quán)利要求1或2所述的振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述x和y軸出光光纖利用高溫膠或激光焊接固定在凹槽底部。

6.如權(quán)利要求1或2所述的振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述x和y軸準(zhǔn)直蓋板、z軸準(zhǔn)直蓋板以及準(zhǔn)直管均為高硼硅玻璃材質(zhì)。

7.如權(quán)利要求1或2所述的振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述準(zhǔn)直管與z軸準(zhǔn)直蓋板之間、z軸出光光纖與準(zhǔn)直管之間利用高溫膠或激光焊接固定。

8.如權(quán)利要求1或2所述的振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述準(zhǔn)直管穿入z軸出光光纖的一端開有喇叭口。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種微型化三軸耐高溫光纖MEMS振動(dòng)傳感器，包括振動(dòng)敏感結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)直蓋板、光纖和準(zhǔn)直管；振動(dòng)敏感結(jié)構(gòu)包括一體化框架以及嵌入一體化框架中的三組梁?質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)；x和y軸出光光纖在末端沿45°方向切割，形成傾斜端面，傾斜端面末端通過研磨形成研磨平面，研磨平面與質(zhì)量塊表面之間形成FP腔；x和y軸準(zhǔn)直蓋板帶有凹槽，光纖置于凹槽底部，x和y軸準(zhǔn)直蓋板與一體化框架鍵合，能夠測量x、y兩軸的振動(dòng)；z軸出光光纖為90°切割光纖，在90°切割端面與質(zhì)量塊表面之間形成FP腔；z軸出光光纖穿入準(zhǔn)直管和z軸準(zhǔn)直蓋板，z軸準(zhǔn)直蓋板與一體化框架鍵合，能夠測量z軸的振動(dòng)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)微型化、耐高溫和三軸振動(dòng)測量。

技術(shù)研發(fā)人員：張鵬浩,張慧君,張欣穎,陳爽,隋廣慧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長城計(jì)量測試技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9