基于45°光纖的差動光纖琺珀加速度傳感器及加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明基于45°光纖的差動光纖琺珀加速度傳感器及加工方法屬于加速度傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在航空航天、軍工船舶、生物醫(yī)學(xué)和建筑等領(lǐng)域，都需要測量加速度，測量加速度離不開加速度傳感器。光纖傳感器作為加速度傳感器的重要組成部分，得到了快速發(fā)展。
[0003]現(xiàn)階段，常見的光纖傳感器包括基于環(huán)形腔干涉儀的光纖加速度計，基于邁克爾遜干涉儀的光纖加速度計、基于馬赫-澤德干涉儀的光纖加速度計、基于光纖布拉格光柵的光纖加速度計，基于光纖本征型琺珀腔的光纖加速度計等。這些傳感器的共同特點都是將光纖纏繞在質(zhì)量塊上用作加速度敏感元件，當(dāng)質(zhì)量塊在加速度作用下振動時，引起光纖的長度和折射率變化，從而導(dǎo)致輸出光信號發(fā)生變化。通過檢測輸出光信號的變化就可以計算加速度。以上光纖傳感器尺寸較大、同時與溫度交叉敏感、影響了這些傳感器的測量精度。
[0004]非本征型光纖琺珀腔加速度傳感器通常由光纖端面和質(zhì)量塊組成琺珀腔，質(zhì)量塊在加速狀態(tài)下發(fā)生振動，引起琺珀腔的腔長變化，從而導(dǎo)致琺珀腔的反射率變化?；谠撛恚ㄟ^測量琺珀腔的反射率變化，就可以得到加速度大小。
[0005]現(xiàn)階段，非本征型光纖琺珀腔加速度傳感器只有共軸型，共軸型加速度傳感器結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，制作成本低，但是它還具有以下兩個缺點:
[0006]第一、共軸型非本征型光纖琺珀腔加速度傳感器尺寸較長，無法貼合于被測物表面使用；
[0007]第二、腔長不好控制，使得非本征型光纖琺珀腔加速度傳感器的穩(wěn)定性差。
[0008]為了解決上述問題，需要發(fā)展垂直型非本征型光纖琺珀腔加速度傳感器，不僅能夠貼合于被測物表面使用，而且穩(wěn)定性好。然而，還沒有查閱到垂直型非本征型光纖琺珀腔加速度傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對上述問題，本發(fā)明公開了一種基于45°光纖的差動光纖琺珀加速度傳感器，并公開了該傳感器的加工方法，該加速度傳感器不僅能夠滿足貼合于被測物表面使用的技術(shù)需求，而且能夠解決共軸型非本征型光纖琺珀腔加速度傳感器穩(wěn)定性差的問題，同時設(shè)計成差動的結(jié)構(gòu)，還能擴展線性區(qū)域，抑制共模噪聲，提高傳感器的測量精度。
[0010]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0011]基于45°光纖的差動式加速度傳感器，包括一個質(zhì)量塊，對稱設(shè)置在質(zhì)量塊兩側(cè)的硅支撐結(jié)構(gòu)，每個硅支撐結(jié)構(gòu)均與質(zhì)量塊構(gòu)成琺珀腔，在每個硅支撐結(jié)構(gòu)側(cè)面貼靠底部的位置，均有一根研拋端面為45°的光纖插入；所述的質(zhì)量塊為中間厚，四周薄的結(jié)構(gòu)，質(zhì)量塊的上表面和下表面均鍍有反射膜。
[0012]上述基于45°光纖的差動式加速度傳感器，所述的質(zhì)量塊的中間設(shè)置有圓形凸起。
[0013]基于45°光纖的差動式加速度傳感器的加工方法，包括以下步驟:
[0014]步驟a、加工設(shè)置有光纖插口的硅支撐結(jié)構(gòu)；
[0015]步驟b、加工上表面和下表面均鍍有反射膜的質(zhì)量塊；
[0016]所述的步驟a和步驟b同步進行或按任意先后順序進行；
[0017]步驟C、將硅支撐結(jié)構(gòu)頂端與質(zhì)量塊鍍有反射膜的面鍵合在一起；
[0018]步驟d、將光纖從光纖插口插入，調(diào)整光纖的研拋端面與硅支撐結(jié)構(gòu)底面成45°角；
[0019]步驟e、用環(huán)氧膠將硅支撐結(jié)構(gòu)的光纖插口密封。
[0020]上述基于45°光纖的差動光纖琺珀加速度傳感器的加工方法，所述步驟a包括以下步驟:
[0021 ] 步驟al、加工側(cè)壁帶有豁口的底座，所述豁口作為硅支撐結(jié)構(gòu)的光纖插口，能夠使光纖穿過；
[0022]步驟a2、加工能夠與底座配合的支座；
[0023]所述的步驟al和步驟a2同步進行或按任意先后順序；
[0024]步驟a3、按照支座在上，底座在下的順序，將支座與底座鍵合，得到硅支撐結(jié)構(gòu)。
[0025]上述基于45°光纖的差動光纖琺珀加速度傳感器的加工方法，所述步驟b包括以下步驟:
[0026]步驟bl、在基材對稱的兩個表面均刻有環(huán)形槽，環(huán)形槽的外徑與硅支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)壁尺寸一致；環(huán)形槽內(nèi)所包圍的區(qū)域為加速度敏感區(qū)，環(huán)形槽外部區(qū)域為鍵合區(qū)；
[0027]步驟b2、在環(huán)形槽底部和加速度敏感區(qū)表面鍍反射膜。
[0028]上述基于45°光纖的差動光纖琺珀加速度傳感器的加工方法，在步驟d中，利用六軸微位移臺控制光纖的插入距離和旋轉(zhuǎn)角度，確保光纖的研拋端面與硅支撐結(jié)構(gòu)底面成45。角。
[0029]有益效果:
[0030]第一、由于研拋端面為45°的光纖從硅支撐結(jié)構(gòu)側(cè)面貼靠底部插入，使光纖與琺珀腔形成垂直結(jié)構(gòu)，有效減少腔長，進而減小光纖琺珀腔加速度傳感器的尺寸，使得其能夠貼合于被測物表面使用。
[0031]第二、由于光纖的插入位置貼靠硅支撐結(jié)構(gòu)的底部，通過硅支撐結(jié)構(gòu)的底部限定光纖位置，因此解決了共軸型非本征型光纖琺珀腔加速度傳感器穩(wěn)定性差的問題。
[0032]第三、由于整個傳感器設(shè)計成對稱差動結(jié)構(gòu)，因此還能擴展線性區(qū)域，抑制共模噪聲，提高傳感器的測量精度。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明基于45°光纖的差動式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖2是本發(fā)明基于45°光纖的差動式加速度傳感器的加工工藝流程圖。
[0035]圖中:1硅支撐結(jié)構(gòu)、11底座、12支座、2光纖、3質(zhì)量塊、31環(huán)形槽、32加速度敏感區(qū)、33鍵合區(qū)、6環(huán)氧膠。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明【具體實施方式】做進一步詳細(xì)描述。
[0037]具體實施例一
[0038]本實施例為基于45°光纖的差動式加速度傳感器的裝置實施例。
[0039]本實施例的基于45°光纖的差動式加速度傳感器，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該傳感器包括一個質(zhì)量塊3，對稱設(shè)置在質(zhì)量塊3兩側(cè)的硅支撐結(jié)構(gòu)1，每個硅支撐結(jié)構(gòu)I均與質(zhì)量塊3構(gòu)成琺珀腔，在每個硅支撐結(jié)構(gòu)I側(cè)面貼靠底部的位置，均有一根研拋端面為45°的光纖2插入；所述的質(zhì)量塊3為中間厚，四周薄的結(jié)構(gòu)，質(zhì)量塊3的上表面和下表面均鍍有反射膜。
[0040]具體實施例二
[0041]本實施例為基于45°光