專利名稱：一種基于硅微加工技術的光纖加速度計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種加速度計，尤其涉及一種光纖加速度計
背景技術：
目前，常見的加速度計大多數(shù)是將外界加速度信號轉化成為可動部分的位移。相位調制型光纖加速度計通過構成不同的干涉儀，將該位移信號轉換成調制的光信號，并通過光纖傳輸，再將加速度信號從調制的光信號中解調出來。光纖加速度計傳感頭部分可以既不產生電磁信號，也不受電磁信號的干擾。因此，光纖加速度傳感器可以應用于強電場、強磁場和強射頻場環(huán)境中。相位調制光纖加速度計在靈敏度、信噪比和動態(tài)范圍指標比光強調制型加速度計更好。相位調制型光纖加速度計需要保證出射激光與振動膜或振動質量塊的垂直程度。當軸心偏角誤差較大時，干涉效果大幅度降低，從而導致靈敏度降低。保證垂直程度對加工精度有很高的要求，通常的方法是加工V槽，用膠固定光纖等方式。但這些方法不利于加速度計發(fā)生漂移以后的微調。并且，傳統(tǒng)的加速度計結構復雜，加工難度較高。因此，如何使加速度計結構簡單化，如何降低加工難度及如何提高靈敏度是當前面臨的問題。
發(fā)明內容
為解決以上問題，本發(fā)明提供了一種基于硅微加工技術的光纖加速度計。在第一方面，本發(fā)明提供了一種基于娃微加工技術的光纖加速度計。該基于娃微加工技術的光纖加速度計包括加速度-位移敏感結構，具有加速度傳感頭；加速度傳感頭包括上表面具有反射鏡的檢測質量塊；干涉腔支架，在加速度-位移敏感結構上方；干涉腔支架內的自聚焦透鏡，自聚焦透鏡和反射鏡構成斐索干涉腔；干涉腔支架內的調節(jié)裝置，用于調節(jié)所述自聚焦透鏡的位移。該基于娃微加工技術的光纖加速度計還包括，稱合光纖和尾纖，稱合光纖與尾纖相連接；尾纖在干涉腔支架上方，與自聚焦透鏡相連接；耦合光纖在外殼外側。進一步的，加速度-位移敏感結構通過上方和下方橡膠圓環(huán)與下方的夾具固定在外殼內。進一步的，所述加速度-位移敏感結構具有聲學阻尼孔和/或透光孔的背極板。進一步的，所述加速度傳感頭還包括，彈性部件和/或支撐部件。并且加速度傳感頭采用微機電系統(tǒng)(MEMS)技術加工。進一步的，所述夾具為尼龍或金屬等材料。進一步的，所述調節(jié)裝置，具體為干涉腔支架上有通孔，并通過所述通孔在X方向與y方向上插入頂絲，所述頂絲用于固定所述自聚焦透鏡，并通過所述頂絲對自聚焦透鏡進行X方向和y方向位移的調節(jié)；干涉腔支架內有滑軌，用于調節(jié)自聚焦透鏡伸入z方向的深度。所述頂絲在同一方向上有一個或多個，X方向上的頂絲與y方向上的頂絲不在同一水平面上。
進一步的，所述反射鏡由鍍金屬膜方式形成。本發(fā)明提供的一種基于硅微加工技術的光纖加速度計無需真空封裝，出射激光光軸在3個正交的自由度可調，具有抗干擾能力強，靈敏度高，結構簡單，加工難度低等優(yōu)點。
圖I為本發(fā)明一個實施例的基于硅微加工技術的光纖加速度計的結構示意圖；圖2為本發(fā)明一個實施例的基于硅微加工技術的光纖加速度計中干涉腔支架30的示意圖；其中包括圖2a為干涉腔支架30的俯視圖；圖2b為干涉腔支架30的x截面圖；圖2c為干涉腔支架30的y截面圖。
具體實施例方式下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。圖I為本發(fā)明一個實施例的基于硅微加工技術的光纖加速度計的結構示意圖。該基于硅微加工技術的光纖加速度計包括耦合光纖10，尾纖20，斐索干涉腔支架30，外殼40，背極板50，加速度傳感頭60，加速度傳感頭60包括檢測質量塊61，彈性部件62及支撐部件63，用于緊固的橡膠圓環(huán)70，背極板上的透光孔80，背極板上的聲學阻尼孔88及固定加速度-位移敏感結的夾具90。一個具體的實施例中，該基于硅微加工技術的光纖加速度計主要包括加速度-位移敏感結構與斐索干涉腔這兩部分及耦合光纖10和尾纖20。下面通過具體的實施例對基于硅微加工技術的光纖加速度計的結構進行具體闡述。加速度-位移敏感結構由加速度傳感頭60與具有聲學阻尼孔88和透光孔80的背板50組成。該加速度-位移敏感結構是一個二階振動系統(tǒng)。其中，加速度傳感頭60包括檢測質量塊61，彈性部件62及支撐部件63。背極板50有一塊或者兩塊，采用具有一定厚度并且剛性較大的板，從而起到限制檢測質量塊61位移的作用，可以在較大范圍內抵抗外界加速度的沖擊。透光孔80在背極板50中央，聲學阻尼孔88在透光孔80的兩側。通過設置聲學阻尼孔88的數(shù)量與面積等參數(shù)實現(xiàn)調節(jié)該二階振動系統(tǒng)的阻尼。需要說明的是，該聲學阻尼孔88也可以沒有。該加速度-位移敏感結構通過橡膠圓環(huán)70與夾具90緊固在外殼40上。橡膠圓環(huán)70不局限于具體形狀，主要起到緊固的作用。夾具90的材質與形狀不限，可以通過螺紋旋緊、螺絲孔緊固、膠粘等固定方式固定在外殼40內。外殼40為任意形狀。一個優(yōu)選的實施例中，加速度傳感頭60由高電導率單晶硅片或者普通單晶硅片制成，經過包括高溫氧化，光刻圖形化，去熱氧，體刻蝕的MEMS (微機電系統(tǒng))工藝步驟制得。所述硅片厚度為100 1000微米，采用η或p+摻雜或不摻雜。斐索干涉腔，在加速度-位移敏感結構上方，由干涉腔支架30內的自聚焦透鏡與檢測質量塊61上表面上的反射鏡構成。自聚焦透鏡在干涉腔支架30內固定住，光軸方向與檢測質量塊61振動方向一致。檢測質量塊61表面通過鍍金屬等方式形成反射鏡。干涉腔支架30的具體形狀不限，可以是半圓型，方形或其它各種形狀。耦合光纖10與尾纖20相連接，尾纖20在干涉腔支架30上方，與所述自聚焦透鏡連接，耦合光纖10在外殼40外側。
自聚焦透鏡起到將尾纖20中的激光變?yōu)槠叫泄馐淖饔?，為了使干涉效果良好，必須保證出射激光與檢測質量塊61的垂直度和減小軸心偏角。
在一個具體的實施例中，干涉腔支架30內具有調節(jié)自聚焦透鏡位移的調節(jié)裝置。圖2為本發(fā)明一個實施例的基于硅微加工技術的光纖加速度計結構中干涉腔支架30的示意圖；其中包括圖2a為干涉腔支架30的俯視圖；圖2b為干涉腔支架30的X截面圖；圖2(為干涉腔支架30的7截面圖。在干涉腔支架30上具有通孔，通過該通孔用頂絲固定自聚焦透鏡。從圖2a中可以看出，在X方向上和I方向上分別用頂絲固定。通過調節(jié)X方向和I方向的頂絲來實現(xiàn)自聚焦透鏡在X方向上和I方向上的位移的調節(jié)。需要說明的是，在同一方向上可以有一個頂絲，也可以有多個頂絲，頂絲的數(shù)目與位置可以根據(jù)需要加以變動。對比圖2b和圖2c可以看出，同一方向上的頂絲可以在同一水平面上，也可以在不同水平面上，而不同方向上的頂絲一定在不同水平面上。在干涉腔支架30內設有滑軌，自聚焦透鏡通過該滑軌進行z方向上的位移調節(jié)，從而實現(xiàn)了自聚焦透鏡在三個自由度上可調。在檢測質量塊61發(fā)生偏移的情況下，通過上述頂絲及滑軌調節(jié)自聚焦透鏡在三個自由度上的位移，以保證出射激光與檢測質量塊61總能保持垂直。以上所述的具體實施方式
，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式
而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種基于娃微加工技術的光纖加速度計，其特征在于，包括 加速度-位移敏感結構，具有加速度傳感頭；所述加速度傳感頭包括上表面具有反射鏡的檢測質量塊； 干涉腔支架，在所述加速度-位移敏感結構上方； 干涉腔支架內的自聚焦透鏡，所述自聚焦透鏡和所述反射鏡構成斐索干涉腔； 干涉腔支架內的調節(jié)裝置，用于調節(jié)所述自聚焦透鏡的位移。
2.如權利要求I所述的一種基于娃微加工技術的光纖加速度計，其特征在于，所述加速度計還包括耦合光纖和尾纖，所述耦合光纖與所述尾纖相連接；所述尾纖在所述干涉腔支架上方，與所述自聚焦透鏡相連接；所述耦合光纖在外殼外側。
3.如權利要求I所述的一種基于娃微加工技術的光纖加速度計，其特征在于，所述加速度-位移敏感結構通過上方和下方橡膠圓環(huán)與下方的夾具固定在外殼內。
4.如權利要求I所述的一種基于娃微加工技術的光纖加速度計，其特征在于，所述加速度-位移敏感結構還包括具有聲學阻尼孔和/或透光孔的背極板。
5.如權利要求I所述的一種基于娃微加工技術的光纖加速度計，其特征在于，所述加速度傳感頭還包括彈性部件和/或支撐部件。
6.如權利要求I所述的一種基于娃微加工技術的光纖加速度計，其特征在于，所述加速度傳感頭采用微機電系統(tǒng)(MEMS)技術加工。
7.如權利要求I所述的一種基于娃微加工技術的光纖加速度計，其特征在于，所述夾具為尼龍或金屬材料。
8.如權利要求I所述的一種基于硅微加工技術的光纖加速度計，其特征在于，所述調節(jié)裝置，具體為， 干涉腔支架上有通孔，并通過所述通孔在X方向與y方向上插入頂絲，用于固定所述自聚焦透鏡，并通過所述頂絲對所述自聚焦透鏡進行X方向和y方向位移的調節(jié)； 干涉腔支架內有滑軌，用于調節(jié)所述自聚焦透鏡伸入z方向的深度。
9.如權利要求8所述的一種基于硅微加工技術的光纖加速度計，其特征在于，所述頂絲在同一方向上有一個或多個，X方向上的頂絲與I方向上的頂絲不在同一水平面上。
10.如權利要求I所述的一種基于娃微加工技術的光纖加速度計，其特征在于，所述反射鏡由鍍金屬膜方式形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于硅微加工技術的光纖加速度計。該基于硅微加工技術的光纖加速度計包括加速度-位移敏感結構，具有加速度傳感頭；加速度傳感頭包括上表面具有反射鏡的檢測質量塊；干涉腔支架，在所述加速度-位移敏感結構上方；該干涉腔支架內的自聚焦透鏡，自聚焦透鏡和反射鏡構成斐索干涉腔；干涉腔支架內的調節(jié)裝置，用于調節(jié)所述自聚焦透鏡的位移。該基于硅微加工技術的光纖加速度計還包括，耦合光纖和尾纖，耦合光纖與尾纖相連接，尾纖在干涉腔支架上方，與自聚焦透鏡相連接，耦合光纖在外殼外側；加速度-位移敏感結構通過上方和下方橡膠圓環(huán)與下方的夾具固定在外殼內。本發(fā)明提供的一種基于硅微加工技術的光纖加速度計無需真空封裝，出射激光光軸在3個正交的自由度可調，具有抗干擾能力強，靈敏度高，結構簡單，加工難度低等優(yōu)點。
文檔編號G01P15/03GK102621348SQ201210118959
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權日2012年4月20日
發(fā)明者喬東海, 索智群 申請人:中國科學院聲學研究所