Mems光纖微彎壓力傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種MEMS光纖微彎壓力傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著國防、航空航天、能源、環(huán)境、電力、汽車等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，對壓力傳感器的微型化、低耗能、耐惡劣環(huán)境等要求提出了更高的要求。光纖式壓力傳感器因其具有較好的隱身性，較高的測量精度和靈敏度、較快的動態(tài)響應(yīng)速度，測量范圍寬，本質(zhì)安全，不受電磁干擾等優(yōu)點，受到越來越多的關(guān)注。
[0003]目前，常見的光纖式壓力傳感器為法珀壓力傳感器，主要利用密閉的法布里一珀羅腔作為壓力敏感腔。但法珀壓力傳感器存在反射面需要提高反射率、解調(diào)系統(tǒng)復(fù)雜等問題。光纖微彎壓力傳感器利用光纖微彎損耗原理，本質(zhì)上屬于光強調(diào)制型傳感器，解調(diào)系統(tǒng)簡單。中國發(fā)明專利CN87107210公開了一種“微彎光纖應(yīng)力計”，其是利用兩對具有錯位齒的板和夾在板中間的光纖制作而成。該方法存在應(yīng)力計尺寸較大，齒對位困難等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，而提供一種MEMS光纖微彎壓力傳感器及其制備方法。
[0005]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種MEMS光纖微彎壓力傳感器，包括上娃膜片、下娃膜片和光纖;其中，上娃膜片的底面上刻蝕有若干個間隔布置的齒槽，上硅膜片的底面上沿其長度方向的中線位置上刻蝕有光纖安置槽;下硅膜片的頂面上刻蝕有若干個間隔布置的齒槽，下硅膜片的頂面上沿其長度方向的中線位置上刻蝕有光纖安置槽;上硅膜片和下硅膜片鍵合后，上硅膜片的齒槽和下硅膜片的齒槽為錯開布置，上硅膜片的光纖安置槽和下硅膜片的光纖安置槽對合，光纖安置在對合的光纖安置槽內(nèi)且光纖的兩端伸于上、下硅膜片之外，光纖上被齒槽覆蓋的部分進(jìn)行了拉錐，上、下硅膜片兩側(cè)的光纖安置槽槽口處涂覆有密封膠，上、下硅膜片的齒槽與光線之間形成密閉腔體。
[0006]由于腔體為密閉腔體，當(dāng)有外界壓力作用于上硅膜片或下硅膜片時，硅膜片受壓變形，帶動齒紋壓迫拉錐光纖產(chǎn)生彎曲，使光在光纖內(nèi)傳輸產(chǎn)生損耗。利用光電探測器讀出光的輸入和輸出強度，就可以表征外界環(huán)境壓力。
[0007]作為優(yōu)選方案，所述的光纖為單模光纖、多模光纖或塑料光纖。
[0008]作為優(yōu)選方案，所述的光纖進(jìn)行了保護(hù)性涂覆，如加強機(jī)械性能涂覆、耐高溫涂覆等。
[0009]作為優(yōu)選方案，所述的上硅膜片和下硅膜片的材質(zhì)由派熱克斯玻璃或石英玻璃替換。
[0010]本發(fā)明所述的MEMS光纖微彎壓力傳感器的制備方法，包括如下步驟: 1)在標(biāo)準(zhǔn)4寸單晶硅片A上劃若干長方形劃片單元，利用ICP刻蝕技術(shù)在每個劃片單元長度方向的中線上刻蝕出光纖安置槽(光纖安置槽的尺寸由安置于其中的光纖尺寸確定)；利用深硅刻蝕工藝，在每個劃片單元中刻蝕出若干個間隔布置的齒槽(齒槽的刻蝕深度決定硅膜片的厚度，齒槽的間隔決定齒紋周期)；
2)用與步驟I)同樣的方法在標(biāo)準(zhǔn)4寸單晶硅片B上刻蝕出同樣的光纖安置槽和齒槽，不同的是單晶硅片B上每個劃片單元中的齒槽位置與單硅晶片A上每個劃片單元中的齒槽位置錯開布置；
3)使用劃片刀將單晶硅片A、B上的若干長方形劃片單元按行劃開，從單晶硅片A上劃下來的長方形劃片單元行與從單晶硅片B上劃下來的長方形劃片單元行相配合組對，在任一長方形劃片單元行上的光纖安置槽內(nèi)安置事先拉制好的光纖，然后通過陽極鍵合技術(shù)將兩長方形劃片單元行鍵合在一起，鍵合后每兩個相對的長方形劃片單元組成一個傳感器單元，將若干傳感器單元劃開；
4)將每個傳感器單元兩側(cè)的光纖安置槽槽口處涂覆有密封膠，密封齒槽腔體并固定光纖，即得所述的MEMS光纖微彎壓力傳感器。
[0011]作為優(yōu)選方案，上述制備過程中，所述的光纖可以選擇單模光纖、多模光纖或塑料光纖。所述的光纖可進(jìn)行保護(hù)性涂覆，如加強機(jī)械性能涂覆、耐高溫涂覆等。所述的標(biāo)準(zhǔn)4寸單晶硅片A和單晶硅片B也可以由派熱克斯玻璃或石英玻璃替換，而由派熱克斯玻璃或石英玻璃制備時，其相應(yīng)的刻蝕方法也應(yīng)改變，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所容易實現(xiàn)的。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益技術(shù)效果如下:I)傳感器為強度解調(diào)型，解調(diào)系統(tǒng)簡單;2)適合批量生產(chǎn)，成本低;3)耐高溫性能良好。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明傳感器制備過程中刻蝕了光纖安置槽的長方形劃片單元。
[0015]圖3為圖2的右視圖。
[0016]圖4為本發(fā)明傳感器制備過程中刻蝕了光纖安置槽和齒槽的長方形劃片單元(SP上硅膜片或下硅膜片)。
[0017]圖5為圖4的右視圖。
[0018]圖中:1-上娃膜片、2-下娃膜片、3-光纖、4-齒槽、5-光纖安置槽。
【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明:
如圖1所不，一種MEMS光纖微彎壓力傳感器，包括上娃膜片1、下娃膜片2和光纖3;其中，上硅膜片I的底面上刻蝕有若干個間隔布置的齒槽4，上硅膜片I的底面上沿其長度方向的中線位置上刻蝕有光纖安置槽5;下硅膜片2的頂面上刻蝕有若干個間隔布置的齒槽4，下硅膜片2的頂面上沿其長度方向的中線位置上刻蝕有光纖安置槽5;上硅膜片I和下硅膜片2鍵合后，上硅膜片I的齒槽4和下硅膜片2的齒槽4為錯開布置，上硅膜片I的光纖安置槽5和下硅膜片2的光纖安置槽5對合，光纖3安置在對合的光纖安置槽5內(nèi)且光纖3的兩端伸于上、下硅膜片1、2之外，光纖3上被齒槽4覆蓋的部分進(jìn)行了拉錐，上、下硅膜片1、2兩側(cè)的光纖安置槽5槽口處涂覆有密封膠。
[0020]上述MEMS光纖微彎壓力傳感器的制備方法，包括如下步驟:
1)在厚度為300μπι的標(biāo)準(zhǔn)4寸單晶硅