CN108414104B - 一种具有双金属镀膜的h型微悬桥温度检测器件 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种具有双金属镀膜的H型微悬桥温度检测器件，属于光纤传感器技术领域。结构包括光纤、光纤端面、法布里‑珀罗腔、固支端、H型微悬桥、镉金属膜、中间反射体。H型微悬桥由H型微悬桥与中间反射体组成，H型微悬桥位于光纤端面，由四个位于光纤端面边缘的固支端连接H型微悬桥与光纤端面，H型微悬桥与光纤端面构成法布里‑珀罗腔，形成光纤一体化结构，H型微悬桥采用聚焦离子束工艺加工，H型微悬桥外表面镀有镉金属膜，镀膜工艺为磁控溅射法。H型微悬桥保证了中间反射体与光纤端面的平行，并且减少了因扭转而破坏法布里‑珀罗腔平行度的可能，中间反射体增加了反射面积，提高了检测精度。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种具有双金属镀膜的H型微悬桥温度检测器件。
背景技术
光纤温度检测器件是目前最常用的温度检测器件之一。光纤传感器件具有很多优点，其主要优点为性能优、对象广、可兼容、易成网、成本低的优点。并且光纤是耐腐蚀的传输介质。其灵敏度高，重量轻，体积小，外形可变，可绕等优点，有利于航空、航天以及狭窄空间的应用。光纤微悬桥传感器件结合了光纤检测器和微悬桥的优点，如微型探头、易实现多点式分布检测、远距离检测、抗干扰、高精度、低功耗特性和全光传输等。
现有的利用法布里-珀罗腔的光纤温度检测器件所采用的方式是在光纤端面上制造单端悬臂梁，在悬臂梁上镀上一层膨胀系数较大的金属膜，在温度变化时，金属膜发生较大程度的膨胀，而悬臂梁膨胀程度小，金属膜与悬臂梁产生双膜热挠曲效应使得悬臂梁发生热挠曲，从而令法布里-珀罗腔的腔长发生改变，由激光光源发出的光信号在法布里-珀罗腔中反射，受法布里-珀罗腔影响，检测反射光信号即可检测温度。
这种温度传感器的缺点是悬臂梁只有一端固支，当发生挠曲时悬臂梁无法与光纤端面保持平行，并且悬臂梁容易出现扭转而破坏法布里-珀罗腔的平行度，使得检测出的法布里-珀罗腔信号不准确，降低了精度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有双金属镀膜的H型微悬桥温度检测器件，该温度传感器件采用具有双金属镀膜结构的H型微悬桥，H型微悬桥有效的保持了光纤端面与H型微悬桥的平行，减少了出现扭转而破坏法布里-珀罗腔平行度的可能性。H型微悬桥外镀有膨胀系数较大的镉金属膜，可以在较低的温度下使H型微悬桥产生较大的挠曲，中间反射体增加了反射面积，有效地提高了传感器件的检测精度。
本发明采用的技术方案为：一种具有双金属镀膜的H型微悬桥温度检测器件，包括光纤、固支端、H型微悬桥、镉金属、法布里—珀罗腔、光纤端面、中间反射体；所述的H型微悬桥由H型微悬桥与中间反射体组成；所述的H型微悬桥位于光纤端面，由四个位于光纤端面边缘的固支端连接H型微悬桥与光纤端面，构成法布里-珀罗腔，形成光纤一体化结构；所述的H型微悬桥外侧镀有镉金属膜，镉金属膜厚度为1μm-1.5μm；所述的H型微悬桥长度为80μm-90μm，宽度为20μm-30μm，厚度为2μm-3μm，中间反射体长为25μm-35μm，宽为25μm-35μm；所述的固支端高度为5μm-10μm，厚度为3μm-4μm，固支端宽度与H型微悬桥宽度一致。
本发明的有益效果是：
1．H型微悬桥外表面镀有镉金属膜，膨胀系较大，可以在较低的温度下让H型微悬桥产生较大的挠曲，提高了对温度的检测精度；
2．H型微悬桥保证了中间反射体与光纤端面的平行，减少了因扭转而破坏法布里-珀罗腔平行度的可能，中间反射体增加了反射面积，提高了检测精度。
附图说明
下面结合附图及具体方式对本发明作进一步说明。
图1为本发明一种具有双金属镀膜的H型微悬桥温度检测器件的正视图；
图2为本发明一种具有双金属镀膜的H型微悬桥温度检测器件的俯视图；
图3为本发明一种具有双金属镀膜的H型微悬桥温度检测器件的检测流程图；
图1-2中：1为光纤；2为光纤端面；3为法布里—珀罗腔；4为H型微悬桥；5为固支端；6为镉金属膜；7为中间反射体。
具体实施方式
图1-2中，一种具有双金属镀膜的H型微悬桥温度检测器件，包括：光纤1、光纤端面2、法布里—珀罗腔3、H型微悬桥4、固支端5、镉金属膜6、中间反射体7；所述的H型微悬桥4位于光纤端面2 上，其与光纤端面2通过四个位于光纤端面2边缘的固支端5连接，H型微悬桥4与光纤端面2平行，构成法布里-珀罗腔3；所述的H型微悬桥长度为80μm-90μm，宽度为25μm-35μm，厚度为2μm-3μm，中间反射体长为25μm-35μm，宽为25μm-35μm；所述的固支端5长度为5μm-10μm，厚度为3μm-4μm，固支端5宽度与H型微悬桥4宽度一致；所述的H型微悬桥外表面镀有镉金属膜6，镉金属膜6厚度为1μm-1.5μm。
本发明一种具有双金属镀膜的H型微悬桥温度检测器件的制作工艺采用聚焦等离子束加工方法加工(FIB)，工艺流程如下：光纤端面进行抛光和清洁，采用磁控溅射法在光纤端面上镀镉金属膜；(b)在光纤端面一侧平行于光纤端面方向进行聚焦等离子束磨铣加工，直到达到H型微悬桥及中间反射体所需沿直径方向的宽度和高度；(c)将光纤沿轴向转过90°角，再进行沿光纤端面平行方向的聚焦离子束掏蚀加工，并且保留H型微悬桥两端对称的固支端部分，则基于中间反射体的H型微悬桥与光纤端面形成法布里-珀罗腔；(d)沿光纤端面平行方向用飞秒激光加工出固支端与中间反射体的连接部分；(e)对H型微悬桥进行聚焦等离子束磨铣减薄至所需厚度。
如图3所示，本发明一种具有双金属镀膜的H型微悬桥温度检测器件检测温度的基本原理为：在待测环境中，镉金属膜受温度影响发生伸缩，与H型微悬桥产生双膜热挠曲效应，使H型微悬桥发生热挠曲，中间反射体与光纤端面构成的法布里-珀罗腔的腔长发生相应改变，由激光光源发出的光信号经过耦合进入光纤，入射到法布里-珀罗腔中，在法布里-珀罗腔中反射后由光电探测器接收，检测反射光信号即可得到待测温度。待测环境的温度越高，镉金属膜的膨胀程度越大，H型微悬桥的挠曲程度越大，法布里-珀罗腔的腔长变化越大，因此光电探测器接收到的反射光信号也发生相应变化。通过对光电探测器接收到的反射光信号进行信号调解可得待测环境温度的大小。
Claims (1)
1.一种具有双金属镀膜的H型微悬桥温度检测器件，包括：光纤、光纤端面、法布里—珀罗腔、固支端、H型微悬桥、镉金属膜、中间反射体,所述的H型微悬桥位于光纤端面上，通过四个光纤端面边缘的固支端与光纤端面连接,所述的中间反射体位于H型微悬桥中间，与光纤端面形成法布里—珀罗腔,所述的H型微悬桥采用聚焦离子束工艺加工,所述的H型微悬桥外表面镀有镉金属膜，镀膜工艺为磁控溅射法,所述的H型微悬桥长度为80μm-90μm，宽度为25μm-35μm，厚度为2μm-3μm，中间反射体长为25μm-35μm，宽为25μm-35μm，厚度与H型微悬桥厚度相同,所述固支端高度为5μm-10μm，厚度为3μm-4μm，固支端宽度与H型微悬桥宽度一致,所述的镉金属膜厚度为1μm-1.5μm。
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