CN105067102B - 基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器及加工方法 - Google Patents

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本发明基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器及加工方法属于声压传感器技术领域；该传感器包括一个硅支撑结构，一根从硅支撑结构侧面贴靠底部插入的研抛端面为45°的光纤，设置在硅支撑结构顶部的声压敏感薄膜，硅支撑结构与声压敏感薄膜构成珐珀腔；声压敏感薄膜为银薄膜，银薄膜内切圆直径与厚度的比值大于1000；该加工方法首先加工硅支撑结构，并在基座上表面依次旋涂正性光刻胶，沉积声压敏感薄膜，再将硅支撑结构顶端与声压敏感薄膜粘贴在一起，然后溶解正性光刻胶，最后将光纤从光纤插口插入、调整，再将光纤插口密封；本发明不仅能够满足贴合于被测物表面使用的技术需求，而且能够解决共轴型非本征型光纤珐珀腔声压传感器稳定性差的问题。

Description

基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器及加工方法
技术领域
本发明基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器及加工方法属于声压传感器技术领域。
背景技术
由于非本征型光纤珐珀腔压力传感器具有体积小、质量轻、灵敏度高、不受电气干扰等优势，因此得到了快速发展。至今，非本征型光纤珐珀腔压力传感器在航空航天、军工船舶、生物医学和建筑等领域均有广泛应用。
非本征型光纤珐珀腔压力传感器通常由光纤端面和薄膜组成珐珀腔，薄膜在外界压力作用下发生振动，引起珐珀腔的腔长变化，从而导致珐珀腔的反射率发生变化。基于该原理，通过测量珐珀腔的反射率的变化，就可以得到外界的压力。
由于声波振动能够改变大气压力，因此将珐珀腔压力传感器的薄膜置于空气中，就可以测量声压。然而，传统非本征型光纤珐珀腔压力传感器的薄膜多采用氮化硅薄膜、硅薄膜或有机物薄膜，这类薄膜尺寸较小，厚度较大，只能探测到幅度较大的振动，而声压造成的振动幅度很小，这类薄膜无法分辨；由于银材料具有良好的延展性，能够制作成尺寸大，厚度小的薄膜，因此可以替代氮化硅薄膜、硅薄膜和有机物薄膜，使非本征型光纤珐珀腔压力传感器分辨力提高，进而能够测量具有微振动特性的声压。
现阶段，采用银薄膜制作的非本征型光纤珐珀腔声压传感器只有共轴型，共轴型声压传感器结构简单，加工方便，制作成本低，但是它还具有以下两个缺点：
第一、共轴型非本征型光纤珐珀腔声压传感器尺寸较长，无法贴合于被测物表面使用；
第二、腔长不好控制，使得非本征型光纤珐珀腔声压传感器的稳定性差。
为了解决上述问题，需要发展垂直型非本征型光纤珐珀腔声压传感器，不仅能够贴合于被测物表面使用，而且稳定性好。然而，由于银薄膜贴合工艺的局限性，使得垂直型非本征型光纤珐珀腔声压传感器还没有出现。
发明内容
针对上述问题，本发明公开了一种基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器，并公开了该传感器的加工方法，该声压传感器不仅能够满足贴合于被测物表面使用的技术需求，而且能够解决共轴型非本征型光纤珐珀腔声压传感器稳定性差的问题。
本发明的目的是这样实现的：
基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器，包括一个硅支撑结构，一根从硅支撑结构侧面贴靠底部插入的研抛端面为45°的光纤，设置在硅支撑结构顶部的声压敏感薄膜，硅支撑结构与声压敏感薄膜构成珐珀腔；所述的声压敏感薄膜为银薄膜，银薄膜内切圆直径与厚度的比值大于1000。
上述基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器，所述的声压敏感薄膜的厚度小于1微米，内切圆直径大于1000微米。
基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器的加工方法，包括以下步骤：
步骤a、加工设置有光纤插口的硅支撑结构；
步骤b、在基座上表面旋涂正性光刻胶，通过电子束沉积、热蒸发或磁控溅射方法，在正性光刻胶上表面沉积声压敏感薄膜；
所述的步骤a和步骤b同步进行或按任意先后顺序进行；
步骤c、将硅支撑结构顶端与声压敏感薄膜粘贴在一起；
步骤d、利用能够溶解正性光刻胶的溶剂溶解正性光刻胶；
步骤e、将光纤从光纤插口插入，调整光纤的研抛端面与硅支撑结构底面成45°角；
步骤f、用环氧胶将硅支撑结构的光纤插口密封。
上述基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器的加工方法，所述步骤a包括以下步骤：
步骤a1、加工侧壁带有豁口的底座，所述豁口作为硅支撑结构的光纤插口，能够使光纤穿过；
步骤a2、加工能够与底座配合的支座；
所述的步骤a1和步骤a2同步进行或按任意先后顺序；
步骤a3、按照支座在上，底座在下的顺序，将支座与底座键合，得到硅支撑结构。
上述基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器的加工方法，在步骤e中，利用六轴微位移台控制光纤的插入距离和旋转角度，确保光纤的研抛端面与硅支撑结构底面成45°角。
有益效果：
第一、由于研抛端面为45°的光纤从硅支撑结构侧面贴靠底部插入，使光纤与珐珀腔形成垂直结构，有效减少腔长，进而减小光纤珐珀腔声压传感器的尺寸，使得其能够贴合于被测物表面使用。
第二、由于光纤的插入位置贴靠硅支撑结构的底部，通过硅支撑结构的底部限定光纤位置，因此解决了共轴型非本征型光纤珐珀腔声压传感器稳定性差的问题。
第三、由于给出了本发明非本征型光纤珐珀声压传感器的加工方法，突破了银薄膜无法在垂直型结构中进行贴合的工艺限制，使得垂直型非本征型光纤珐珀声压传感器能够实现。
附图说明
图1是本发明基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器的结构示意图。
图2是本发明基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器的加工工艺流程图。
图中：1硅支撑结构、11底座、12支座、2光纤、3声压敏感薄膜、4基座、5正性光刻胶、6环氧胶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步详细描述。
具体实施例一
本实施例为基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器的装置实施例。
本实施例的基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器，结构示意图如图1所示。该传感器包括一个硅支撑结构1，一根从硅支撑结构1侧面贴靠底部插入的研抛端面为45°的光纤2，设置在硅支撑结构1顶部的声压敏感薄膜3，硅支撑结构1与声压敏感薄膜3构成珐珀腔；所述的声压敏感薄膜3为银薄膜，银薄膜内切圆直径与厚度的比值大于1000。
具体实施例二
本实施例为基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器的装置实施例。
本实施例的基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器，在具体实施例一的基础上，进一步限定声压敏感薄膜3的厚度小于1微米，内切圆直径大于1000微米。
具体实施例三
本实施例为基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器的加工方法实施例。
本实施例的基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器的加工方法，工艺流程图如图2所示。该方法包括以下步骤：
步骤a、加工设置有光纤插口的硅支撑结构1；
步骤b、在基座4上表面旋涂正性光刻胶5，通过电子束沉积、热蒸发或磁控溅射方法，在正性光刻胶5上表面沉积声压敏感薄膜3；
所述的步骤a和步骤b同步进行或按任意先后顺序进行；
步骤c、将硅支撑结构1顶端与声压敏感薄膜3粘贴在一起；
步骤d、利用能够溶解正性光刻胶5的溶剂溶解正性光刻胶5；
步骤e、将光纤2从光纤插口插入，调整光纤2的研抛端面与硅支撑结构1底面成45°角；
步骤f、用环氧胶6将硅支撑结构1的光纤插口密封。
具体实施例四
本实施例为基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器的加工方法实施例。
本实施例的基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器的加工方法，在具体实施例一的基础上，进一步限定步骤a包括以下步骤：
步骤a1、加工侧壁带有豁口的底座11，所述豁口作为硅支撑结构1的光纤插口，能够使光纤2穿过；
步骤a2、加工能够与底座11配合的支座12；
所述的步骤a1和步骤a2同步进行或按任意先后顺序；
步骤a3、按照支座12在上，底座11在下的顺序，将支座12与底座11键合，得到硅支撑结构1。
具体实施例五
本实施例为基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器的加工方法实施例。
本实施例的基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器的加工方法，在具体实施例一的基础上，进一步限定在步骤e中，利用六轴微位移台控制光纤2的插入距离和旋转角度，确保光纤2的研抛端面与硅支撑结构1底面成45°角。

Claims (2)

1.基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器，包括一个硅支撑结构(1)，一根从硅支撑结构(1)侧面贴靠底部插入的研抛端面为45°的光纤(2)，设置在硅支撑结构(1)顶部的声压敏感薄膜(3)，硅支撑结构(1)与声压敏感薄膜(3)构成珐珀腔；其特征在于，所述的声压敏感薄膜(3)为银薄膜，银薄膜内切圆直径与厚度的比值大于1000；所述的声压敏感薄膜(3)的厚度小于1微米，内切圆直径大于1000微米。
2.权利要求1所述基于45°光纤的非本征型光纤珐珀声压传感器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、加工设置有光纤插口的硅支撑结构(1)；包括以下步骤：
步骤a1、加工侧壁带有豁口的底座(11)，所述豁口作为硅支撑结构(1)的光纤插口，能够使光纤(2)穿过；
步骤a2、加工能够与底座(11)配合的支座(12)；
所述的步骤a1和步骤a2同步进行或按任意先后顺序；
步骤a3、按照支座(12)在上，底座(11)在下的顺序，将支座(12)与底座(11)键合，得到硅支撑结构(1)；
步骤b、在基座(4)上表面旋涂正性光刻胶(5)，通过电子束沉积、热蒸发或磁控溅射方法，在正性光刻胶(5)上表面沉积声压敏感薄膜(3)；
所述的步骤a和步骤b同步进行或按任意先后顺序进行；
步骤c、将硅支撑结构(1)顶端与声压敏感薄膜(3)粘贴在一起；
步骤d、利用能够溶解正性光刻胶(5)的溶剂溶解正性光刻胶(5)；
步骤e、将光纤(2)从光纤插口插入，调整光纤(2)的研抛端面与硅支撑结构(1)底面成45°角；利用六轴微位移台控制光纤(2)的插入距离和旋转角度，确保光纤(2)的研抛端面与硅支撑结构(1)底面成45°角；
步骤f、用环氧胶(6)将硅支撑结构(1)的光纤插口密封。
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