CN117157512A - 一种基于光学mems的监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于光学微机电系统(MEMS)的监测系统，包括:宽带光源、可调谐滤光器(TOF)、光学标准具、多个光学接收器、多个光学耦合器和多个光学MEMS传感器；所述TOF用于捕获所述光学MEMS传感器的透射、反射或干涉光谱；其中透射、反射或干涉光谱中的波峰波长值或波谷波长值对应于待监测参数：压力、温度或应力；通过与具有绝对波长标记的所述光学标准具的周期光谱进行比较，可以得到所述波峰波长值或波谷波长值；所述光学MEMS传感器包括光学MEMS谐振腔。所述参数，压力、温度或应力可通过所述光学MEMS传感器的透射、反射或干涉光谱中的波峰波长值或波谷波长值获得。

Description

一种基于光学MEMS的监测系统

本申请要求于2020年11月15日提交的美国临时专利申请(No.63/113882)和2020年11月15日提交的美国临时专利申请(No.63/113883)的优先权。该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及监测领域，特别涉及一种基于光学微机电系统(MEMS)的监测系统。

背景技术

监测系统在世界各地被广泛应用，其能感应压力、温度或应力，是众多行业所必备。本申请总体上涉及一种基于光学MEMS的监测系统及其传感器。光学监测系统的优点是灵敏度高，抗电磁干扰，适用于恶劣环境。

相关技术

市场上现有的监测系统有几个主要缺点。

基于电子平台的系统的缺点是电线容易受到电磁波的干扰。必须使用屏蔽线来消除电磁干扰。然而，屏蔽线的直径较大，不适用于使用细线的侵入式医疗设备，以免对人体造成严重伤害。而无屏蔽的细线又会受到人体肌肉或神经元产生的微小电磁波的干扰。

有些设备会产生非常大的电磁场，侵入各种屏蔽线，对电子平台监测系统造成电磁损伤。例如，基于电子平台的压力监测器会受到大型钻进设备产生的强电磁波的干扰。MRI(磁共振成像)场景下的电子平台传感器可能会被强大的电磁波烧毁。

侵入式医疗设备要求一根电线可以支持多个具有不同监测功能的传感器，以最大限度地减少对人体组织的创伤。但是在基于电子平台的监测系统中，一根电线只能支持一个传感器。许多传感器需要相应数量的导线，导致较大的人体组织创伤。

由于这些缺点，基于电子平台的监测系统和传感器在许多应用中受到限制。

基于光学平台的监测系统及其传感器不受电磁波干扰。然而，大多数光学系统采用光强作为传感参考，这不是理想的方法。在这些系统中，一根光纤只能支持一个传感器，由于光纤弯曲造成的光衰减可能会误判传感参数。

越来越多的光学系统采用光波长作为传感参考。在这些理想的光学系统中，一根光纤可以通过波长复用技术支持多个传感器，并且该系统可以精确地监测参数而不受光衰减的影响。然而，这些理想的光学系统中，通常采用光纤布拉格光栅作为传感器，其缺点是尺寸大、组装工艺复杂、性能差。

光学标准具是理想的光学系统中的关键部件。目前采用具有绝对波长标记周期性透射光谱的标准具由两个单模光纤准直器耦合，其缺点是尺寸太大，不具备热稳定性。

TOF是监测系统中的另一个关键部件。MEMS TOF具有比所有其他解决方案更好的光学性能。然而，由于MEMS微镜被用作MEMS TOF中的调谐元件，因此它具有低调谐速度的缺点，无法胜任高速传感的应用。

本发明申请采用光学MEMS技术来设计光学部件、传感器和新的系统控制方法，从而在该新平台中避免了上述问题。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种基于光学MEMS的监测系统，包括:宽带光源、TOF、光学标准具、多个光学接收器、多个光学耦合器和多个光学MEMS传感器；TOF用于捕获光学MEMS传感器的光谱，所述光谱选自透射光谱、反射光谱和干涉光谱之一；其中光谱中的波峰波长值或波谷波长值对应于待监测的压力、温度或应力参数；通过与具有绝对波长标记的光学标准具的周期光谱进行比较，可以得到所述波峰波长值或波谷波长值；所述光学MEMS传感器包括光学MEMS谐振腔。

上述基于光学MEMS的监测系统中，所述波峰波长值或波谷波长值是压力、温度或应力参数的函数，且所述函数是可预先校准获取的，使得所述系统可以根据所述光学MEMS传感器的透射、反射或干涉光谱中的波峰波长值或波谷波长值来监测所述压力、温度或应力参数。

上述基于光学MEMS的监测系统中，由于待监测的压力、温度或应力参数改变，会导致MEMS膜轻微变形，使得所述光学MEMS传感器的透射、反射或干涉光谱中的波峰波长值或波谷波长值相应地改变。

上述基于光学MEMS的监测系统中，宽带光源和TOF组合可被可调谐激光器代替，用于波长扫描。

上述基于光学MEMS的监测系统中，所述可调谐激光器包括TOF、掺铒光纤放大器、泵激光器和多个光学耦合器。

上述基于光学MEMS的监测系统中，所述光学MEMS传感器是光纤尾纤MEMS传感器，包括单模光纤、MEMS膜和玻璃管；所述光学MEMS谐振腔由所述单模光纤的端面和所述MEMS膜构成；所述玻璃管用于支撑所述单模光纤和所述MEMS膜；所述光学MEMS谐振腔的腔是密封的或带有气孔。

上述光纤尾纤MEMS传感器中，所述单模光纤可由单模透镜光纤代替。

上述基于光学MEMS的监测系统中，所述光学MEMS传感器是光学准直器MEMS传感器，包括单模光纤准直器、MEMS膜和玻璃管；光学MEMS谐振腔由单模光纤准直器的透镜平面和MEMS膜构成；所述玻璃管用于支撑所述单模光纤准直器和所述MEMS膜；所述光学MEMS谐振腔的腔是密封的或者带有气孔。

上述光纤准直器MEMS传感器中，所述单模光纤准直器可由单模双光纤准直器代替。

上述光纤准直器MEMS传感器中，所述单模光纤准直器可由单模光纤透镜代替。

上述基于光学MEMS的监测系统中，所述光学MEMS传感器是光纤准直器MEMS传感器，包括单模光纤准直器、两个MEMS膜和玻璃管；光学MEMS谐振腔由两层MEMS膜构成；所述玻璃管用于支撑所述单模光纤准直器和所述MEMS谐振腔；所述光学MEMS谐振腔的腔是密封的或者带有气孔。

上述基于光学MEMS的监测系统中，所述光学MEMS传感器是光学隔离式MEMS传感器，包括玻璃镜、MEMS膜和玻璃管；光学MEMS谐振腔由玻璃反射镜和MEMS膜构成；所述玻璃管用于支撑玻璃镜和MEMS膜；所述光学MEMS谐振腔的腔是密封的或者带有气孔。

上述光学隔离式MEMS传感器中，所述隔离式光学MEMS传感器还包括三角反射器，所述三角反射器用于将输入光束反射回来，使得输入光束两次通过所述光学MEMS谐振腔。

上述基于光学MEMS的监测系统中，所述光学MEMS传感器是光学隔离式MEMS传感器，包括两个MEMS膜和一个玻璃管；光学MEMS谐振腔由两层MEMS膜构成；所述玻璃管用于支撑所述玻璃镜和所述MEMS谐振腔；所述光学MEMS谐振腔的腔是密封的或者带有气孔。

上述基于光学MEMS的监测系统中，所述多个光纤布拉格光栅与所述光学MEMS传感器一起使用。

上述基于光学MEMS的监测系统中，所述光学MEMS传感器和所述光纤布拉格光栅通过串联或并联连接。

上述基于光学MEMS的监测系统中，所述光学标准具包括单模双光纤准直器、光学谐振腔和光带通滤波器；所述光学谐振腔的透射周期光谱作为波长标尺；所述光带通滤波器的反射光谱呈凹陷状，可作为波长标记；设置有电子温度传感器以获得精确的温度来校准光学带通滤波器。

上述基于光学MEMS的监测系统中，具有相互不重合的波峰波长值或波谷波长值的两个或多个光纤布拉格光栅用作波长标尺。

上述光学标准具中，光纤布拉格光栅可代替所述光带通滤波器来提供波长标记。

上述基于光学MEMS的监测系统中，所述光学标准具包括两根单模光纤的两个端面、玻璃管和光纤布拉格光栅；透射周期光谱或反射光谱可以作为波长标尺；所述光纤布拉格光栅的透射或反射光谱被用作波长标记。

上述光学标准具中，所述光学标准具中放置电子温度传感器，以获得精确的温度来校准任何光学部件因温度变化导致的光谱漂移，从而消除热效应对传感数据的干扰。

上述基于光学MEMS的监测系统中，TOF包括两个单模光纤准直器和一个光学MEMS谐振腔；光学MEMS谐振腔由MEMS膜和反射镜构成；MEMS膜是静电或热调谐的。镜子的表面是凹面或平面。

上述TOF的光学MEMS谐振腔中，TOF包括两个单模准直器和一个光学MEMS谐振腔；所述光学MEMS谐振腔由两个MEMS膜组成。所述一个或两个MEMS膜可以是静电或热调谐的。

上述基于光学MEMS的监测系统中，TOF包括单模光纤和MEMS膜；MEMS膜是静电或热调谐的；所述光学MEMS谐振腔由单模光纤的端面和MEMS膜构成。

上述TOF的光学MEMS谐振腔中，所述单模光纤可由单模透镜光纤代替。

上述基于光学MEMS的监测系统中，在TOF中设置有电子温度传感器，以获得精确的温度来校准TOF。

上述基于光学MEMS的监测系统中，所述光学MEMS传感器的MEMS膜的中心配有质量，从而所述光学MEMS传感器可作为加速度传感器。

上述基于光学MEMS的监测系统中，所述光学耦合器可由光学环形器代替。

所述基于光学的MEMS监测系统的应用采用基于光学波长监测的方式。所述光谱中的透射、反射或干涉的波峰波长值或波谷波长值被用作感测参考。待监测的参数，如压力、温度或应力，是光谱中一个特定波峰波长值或波谷波长值的函数，是预先校准得到的。当待监测的参数发生变化时，该波峰波长值或波谷波长值也发生变化，从而系统根据波长计算出参数。

附图说明

图1是本申请一实施例提供的具有宽带光源和TOF的基于光学MEMS的监测系统的示意图。

图2是本申请一实施例提供的具有可调谐激光器的基于光学MEMS的监测系统的示意图。

图3是本申请一实施例提供的基于光学MEMS的监测系统的示意图，该监测系统具有串联连接的两个光学MEMS传感器。

图4是本申请一实施例提供的由单模光纤、MEMS芯片和玻璃管组成的光纤尾纤MEMS传感器的横截面图。

图5是本申请一实施例提供的由单模光纤准直器、具有一层膜的MEMS芯片和玻璃管构成的光纤准直器MEMS传感器的截面图。

图6是本申请又一实施例提供的由单模光纤准直器、具有两层膜的MEMS芯片和玻璃管构成的光纤准直器MEMS传感器的截面图。

图7是本申请一实施例提供的由具有一层膜和一面镜的隔离式MEMS构成的传感器的截面图。

图8是本申请又一个实施例提供的由具有两层膜的隔离式MEMS构成的传感器的截面图。

图9是本申请又一个实施例提供的由隔离式MEMS和三角反射器构成的传感器的截面图。

图10是本申请一实施例提供的由单模光纤双光纤准直器、光学谐振腔和带通滤波器构成的光学标准具的截面图。

图11是本申请一实施例提供的由两个单模光纤准直器、位于MEMS基板上的MEMS膜和凹面镜或平面镜构成的TOF的截面图。

说明书中的附图标记如下:

1.宽带光源；2.TOF；3.光学标准具；4.光学接收器；5.光学耦合器；6.光学MEMS传感器；

21.单模准直器；

31.单模光纤双光纤准直器；32.光学谐振腔；33.光学带通滤波器；

60.光学MEMS谐振腔；

61.尾纤MEMS传感器:611.单模光纤；6111.端面；

62.准直器光学MEMS传感器:621.单模光纤准直器；

63.隔离式光学MEMS传感器:631.玻璃镜；632.三角反射镜；

7.MEMS膜；

8.玻璃管；

9.可调谐激光器；

10.MEMS基板.

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在一个实施例中，如图1所示，为本申请的光学MEMS监测系统的结构示意图，包括宽带光源1、TOF2、光学标准具3、多个光学接收器4、多个光学耦合器5和多个MEMS传感器6。宽带光输入TOF2，其功能是扫描宽带光，然后被光学耦合器5分成两路。一束扫描的宽带光射到两个传感器上，并通过多个光学耦合器5被反射回两个光学接收器4。可获得两个传感器的两个反射光谱的波峰波长值或波谷波长值。另一束扫描的宽带光射到光学标准具3上，通过多个光学耦合器5被反射回光学接收器4，从而接收到以绝对波长标记为标尺的周期性光谱。通过将波峰波长值或波谷波长值与标尺进行比较，该系统可以得到准确的波长。从而获得待监测参数。

具体地，在光学MEMS监测系统中，宽带光源1发射宽带光沿单模光纤传输到TOF2，经过TOF2扫描，然后被分成两路。一路进入光学MEMS传感器6，从而系统可以获得传感器的透射、反射或干涉光谱的谷值或峰值波长。另一路进入光学标准具3，从而获得具有绝对波长标记的周期光谱，作为标尺。通过与标准具的周期光谱进行比较，可以精确地计算出光谱中的波峰波长值或波谷波长值。由此监测到上述温度、压力或应力参数。

在一个实施例中，波峰波长值或波谷波长值为待监测参数的函数；预先对对系统校准获得该参数的函数，从而系统可以根据波峰波长值或波谷波长值的绝对波长来监测该参数。此外，该传感器的热效应也可以预先用温度传感器对系统的温度监测来消除。

在一个实施例中，如图2所示，为本申请提供的光学MEMS监测系统的结构示意图，包括可调谐激光器9、多个光学接收器4、多个光学耦合器5和多个传感器。可调谐激光器9的光被光学耦合器5分成两路。一路由两个传感器反射并输出到两个光学接收器4。通过多个光学耦合器5，可获得反射光谱的波峰波长值或波谷波长值。另一路到达光学标准具3，并通过多个光学耦合器5被反射回光学接收器4，从而获得具有绝对波长标记的周期性光谱，作为标尺。通过将波峰波长值或波谷波长值与标尺进行比较，该系统可以得到准确的波长。从而获得待监测温度、压力或应力参数。

具体而言，宽带光源1和TOF2的功能可以由可调谐激光器9代替，该可调谐激光器9具有更高的光功率，可支持更多传感器。可调谐激光器9由TOF2、掺铒光纤放大器、泵激光器和几个光学耦合器5构成。

在一个实施例中，如图3所示，是具有多个串联连接的光学MEMS传感器的光学MEMS监测系统的示意图。只要不同传感器的波峰波长值或波谷波长值彼此分离，一根单模光纤611就可以支持很多串联的传感器。

如果许多传感器连接在一根光纤中，这些传感器的波峰波长值或波谷波长值须在波长域中分离，这样它们可以通过波长复用技术正常工作而互不干扰。多个传感器相互串联或并联。传感器和系统之间的连接可以通过单模光纤611或自由空间实现。

此外，本申请中的光学MEMS传感器6具有尺寸小、易于生产、成本低和性能优异的优点。光学MEMS传感器6中的关键元件是光学MEMS谐振腔60，根据应用其具有三种结构，光纤尾纤MEMS传感器61、单模光纤准直器光学MEMS传感器62、隔离式MEMS传感器63。

本申请中的传感器、标准具3和TOF2的描述如下。

光纤尾纤光学MEMS传感器61

在一个实施例中，如图4所示，是由单模光纤611、MEMS芯片和玻璃管8构成的光纤尾纤MEMS传感器的截面图。单模光纤611的端面6111作为反射镜。MEMS芯片中的反射镜和膜构成光学谐振腔32。玻璃管8用于支撑光纤和MEMS芯片。可按需要的反射率为抛光的光纤端面6111进行镀膜镀膜。

光纤尾纤MEMS传感器61由单模光纤611、具有膜的MEMS芯片和玻璃管8组成，该玻璃管8可以是金属管、陶瓷管等。单模光纤611放置在玻璃管8的一侧，MEMS芯片放置在另一侧。MEMS芯片的膜垂直于该管的轴向。这三个元件组成了光学谐振腔32。膜的形状可以是平的、凹的或凸的。可按需要的反射率为单模光纤611的端面6111进行镀膜。该膜根据压力、温度或应力而移动，使得谐振腔的透射、反射或干涉光谱的波峰波长值或波谷波长值改变。通过监测波长，获得待监测的参数。

可选的，尾纤光学MEMS传感器61由单模光纤611、具有两个膜的MEMS芯片和玻璃管8组成，该玻璃管8可以是金属管、陶瓷管等。单模光纤611放置在玻璃管8的一侧，MEMS芯片放置在另一侧。MEMS芯片的两层膜组成光学谐振腔32，其垂直于该管的轴向方向。其中一层膜的形状可以是平的、凹的或凸的。可按需要的反射率为单模光纤611的端面6111进行镀膜。该膜根据压力、温度或应力而移动，使得谐振腔的透射、反射或干涉光谱的波峰波长值或波谷波长值改变。通过监测波长，获得待监测的参数。

单模光纤准直器光学MEMS传感器62

在一个实施例中，如图5所示，为单模光纤准直器MEMS传感器的截面图，由单模光纤准直器621或单模双光纤准直器31、具有膜的MEMS芯片和玻璃管8组成。可按需要的反射率为准直器的透镜的外平面进行镀膜。透镜的外平面和MEMS芯片中的膜组成光学谐振腔32。玻璃管8支撑准直器和MEMS芯片。透镜的外平面和膜可以是平的或凹的。

单模光纤准直器光学MEMS传感器62由单模光纤准直器621或单模双光纤准直器31、带膜片的MEMS芯片和玻璃管8组成，该玻璃管8可以是金属管、陶瓷管等。单模光纤准直器621或单模双光纤准直器31放置在玻璃管8的一侧，MEMS芯片放置在另一侧。MEMS芯片的膜垂直于该管的轴向。单模光纤准直器的外平面与位于MEMS基板10上的MEMS膜7、玻璃管8组成光学谐振腔32。根据应用，膜的形状可以是平的、凹的或凸的。可按需要的反射率为准直器的外平面进行镀膜。该膜根据压力、温度或应力而移动，使得谐振腔的透射、反射或干涉光谱的波峰波长值或波谷波长值改变。通过监测波长，获得待监测的参数。

在一个实施例中，如图6所示，是可选的单模光纤准直器光学MEMS传感器62的截面图，由单模光纤准直器621、MEMS芯片和玻璃管8组成。该MEMS芯片具有两层膜，组成光学谐振腔32。MEMS芯片的两层膜垂直于该管的轴向。根据应用，两层膜的形状可以是平的、凹的或凸的。该玻璃管8用作固定单模光纤准直器和MEMS芯片的基板。该膜根据压力、温度或应力而移动，使得谐振腔的透射、反射或干涉光谱的波峰波长值或波谷波长值改变。通过监测波长，获得待监测的参数。

在一个实施例中，另一个可选的准直器光学MEMS传感器62由单模双光纤准直器31、具有两个膜的MEMS芯片和玻璃管8组成，玻璃管8可以是金属管、陶瓷管等。单模双光纤准直器31放置在玻璃管8的一侧，MEMS芯片放置在另一侧。MEMS芯片的两层膜垂直于该管的轴向。该MEMS芯片的两层膜组成光学谐振腔32。根据应用，膜的形状可以是平的、凹的或凸的。该膜根据压力、温度或应力而移动，使得谐振腔的透射、反射或干涉光谱的波峰波长值或波谷波长值改变。通过监测波长，获得待监测的参数。

在上述准直器光学MEMS传感器62的三种结构中，若MEMS芯片由管状基板制成，可免去玻璃管8。

隔离式的光学MEMS传感器63

在一个实施例中，如图7所示，为隔离式的光学MEMS传感器的截面图，由具有一个膜的隔离式MEMS和一个玻璃镜631组成。该玻璃镜631和MEMS芯片中的膜组成光学谐振腔32。光束通过自由空间进入该传感器。该玻璃镜631和膜可以是平的或凹的。

隔离式的光学MEMS传感器63由具有膜的MEMS芯片和光学玻璃镜631组成，组成光学谐振腔32。膜的形状可以是平的、凹的或凸的。隔离式MEMS通常置密封环境或恶劣环境中，没有任何导线连接。单模光纤准直器621或单模双光纤准直器31用于将光束耦合到传感器。该膜根据压力、温度或应力而移动，使得谐振腔的透射、反射或干涉光谱的波峰波长值或波谷波长值改变。通过监测波长，获得待监测的参数。

在一个实施例中，如图8所示，为可选的隔离式光学MEMS传感器63的截面图，由具有两个膜的隔离式MEMS组成。MEMS芯片中的两层膜组成光学谐振腔32。光束通过自由空间进入该传感器。这两层膜801、802可以是平的或凹的。

可选的隔离式光学MEMS传感器63由具有两层膜的MEMS芯片组成，这两层膜可以组成光学谐振腔32。单模光纤准直器621或单模双光纤准直器31用于将光束从远处耦合到传感器。该膜根据压力、温度或应力而移动，使得谐振腔的透射、反射或干涉光谱的波峰波长值或波谷波长值改变。通过监测波长，获得待监测的参数。

在一个实施例中，如图9所示，为另一可选的传感器的截面图，由光学隔离式MEMS谐振腔和三角反射器632组成。MEMS芯片中的两层膜组成光学谐振腔32。光束通过自由空间进入该传感器。该三角反射器632放置在光学MEMS谐振腔60的后面，使得光束照射三角反射器632并被反射回来。这种基于MEMS的谐振腔的具有波峰波长值或波谷波长值的透射光谱可以表征待监测的参数。

另一个可选的隔离式光学MEMS传感器63是上面介绍的与三角反射器632结合的传感器。一个单模光纤准直器621将光发送到隔离式光学MEMS谐振腔60，到达三角反射器632，被反射回隔离式光学MEMS谐振腔60，返回到另一个单模光纤准直器。该光束两次经过隔离式光学MEMS谐振腔60以组成透射光谱。该系统计算出透射光谱中的峰值或谷值，从而监测参数。通过法拉第旋转器，偏振方向被旋转90度，使得反射光束离开输入光路并被光电接收器接收。

创新性的光学标准具3

在一个实施例中，如图10所示，为光学标准具3的截面图，由单模双光纤准直器31、光学谐振腔32和带通滤波器组成。该单模双光纤准直器31引导光从一根单模光纤端入射，光经过谐振腔，照到带通滤波器，被反射回来，再次经过谐振腔，回到单模双光纤准直器31的另一根单模光纤。谐振腔的透射光谱是用作波长标尺的周期性光谱。带通滤波器的反射光谱是凹陷形状，以实现绝对波长标记。

光学MEMS监测系统中的关键部件之一是光学标准具3。本申请的创新标准具由单模双光纤准直器31、光学谐振腔32和光学带通滤波器33组成成，以便采用带通滤波器的反射光谱的绝对波长标记，光学谐振腔32的透射周期光谱作为标尺。光学带通滤波器33的反射光谱为周期性光谱提供了凹陷标记。

可选地，在一个实施例中，提供光纤布拉格光栅作为传感器，以串联或并联连接光学MEMS传感器6。

该标准具由单模双光纤准直器31、光学谐振腔32、光纤布拉格光栅和作为温度标准的电子温度传感器构成。光纤布拉格光栅与单模双光纤准直器31连接，其透射光谱为周期性标准具的光谱提供了凹陷标记。该电子温度传感器用于校准光纤布拉格光栅和光学谐振腔的温度漂移。

可选地，在一个实施例中，具有波长值不重合的波峰波长值或波谷波长值的两个或更多个光纤布拉格光栅作为波长标尺。

两个或多个光纤布拉格光栅作为波长标尺。该电子温度传感器用于校准光纤布拉格光栅的温度漂移。

可选地，可通过由两根单模光纤611的两个端面6111组成的光学谐振腔32来实现周期性光谱。透射光谱或反射光谱作为标尺。该电子温度传感器用于校准光纤布拉格光栅和光学谐振腔的温度漂移。

光学MEMS TOF2

在一个实施例中，如图11所示，为TOF2的截面图，由两个单模光纤准直器621、以及由MEMS膜7和玻璃镜631组成的MEMS芯片组成。该光学MEMS谐振腔60由玻璃镜631和MEMS膜7组成。该单模光纤准直器621诱导光，经过光学MEMS谐振腔60，输出到另一个单模光纤准直器621。该玻璃镜631和MEMS膜7可以是平的或凹的。

该光学MEMS监测系统中的关键部件之一是TOF2。本申请中具有创造性的TOF2由两个单模光纤准直器621和一个光学MEMS谐振腔60构成。该光学MEMS谐振腔60由凹面镜或平面镜以及可静电或热调谐的凹面镜或平面MEMS膜7组成。该单模光纤准直器621将光引入光学MEMS谐振腔60，并输出到另一个单模光纤准直器621。

可选地，TOF2可以由单模双光纤准直器31、光学MEMS谐振腔60和光学反射器组成。来自单模双光纤准直器31的一根单模光纤611的光输入光学MEMS谐振腔60，照到MEMS谐振腔后面的光学反射器，被反射回来，再次输入光学MEMS谐振腔60，并输出到单模双光纤准直器31的另一根单模光纤611。

可选地，TOF2中的光学MEMS谐振腔60由两层膜组成。一或两层膜可以是凹面或平面。

可选地，TOF2可以由凹面或平面MEMS膜7和单模光纤611的端面6111组成。

本申请中，可调谐激光器9由TOF2、掺铒光纤放大器、泵激光器和几个光学耦合器5构成。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，包括:宽带光源、TOF、光学标准具、多个光学接收器、多个光学耦合器和多个光学MEMS传感器；所述TOF用于捕获所述光学MEMS传感器的光谱，所述光谱选自透射光谱、反射光谱和干涉光谱之一；其中所述光谱中的波峰波长值或波谷波长值对应于待监测参数：压力、温度或应力；通过与具有绝对波长标记的所述光学标准具的周期光谱进行比较，可以得到所述波峰波长值或波谷波长值；所述光学MEMS传感器包括光学MEMS谐振腔。

2.根据权利要求1所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，所述波峰波长值或波谷波长值为所述待监测参数的预设函数，从而所述系统可根据所述波峰波长值或波谷波长值的绝对波长标记来监测所述待监测参数。

3.根据权利要求1所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，所述宽带光源和所述TOF的组合可以由可调谐激光器代替，用于波长扫描。

4.根据权利要求1所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，所述光学MEMS传感器是光纤尾纤MEMS传感器，包括单模光纤、MEMS膜和玻璃管；所述光学MEMS谐振腔由所述单模光纤的端面和所述MEMS膜构成；所述玻璃管用于支撑所述单模光纤和所述MEMS膜；所述光学MEMS谐振腔的腔是密封的或带有气孔。

5.根据权利要求1所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，所述光学MEMS传感器是光纤准直器MEMS传感器，包括单模光纤准直器、MEMS膜和玻璃管；所述光学MEMS谐振腔由所述单模光纤准直器的透镜平面和所述MEMS膜构成；所述玻璃管用于支撑所述支撑单模光纤准直器和所述MEMS膜；所述光学MEMS谐振腔的腔是密封的或带有气孔。

6.根据权利要求5所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，所述单模光纤准直器可由单模双光纤准直器代替。

7.根据权利要求5所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，所述单模光纤准直器可由单模光纤透镜代替。

8.根据权利要求1所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，所述光学MEMS传感器是隔离式的光学MEMS传感器，包括玻璃反射镜、MEMS膜和玻璃管；所述光学MEMS谐振腔由玻璃反射镜和MEMS膜构成；所述玻璃管用于支撑玻璃镜和MEMS膜；所述光学MEMS谐振腔的腔是密封的或者带有气孔。

9.根据权利要求8所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，所述隔离式的光学MEMS传感器还包括三角反射器，所述三角反射器用于将输入光束反射回来，使得输入光束两次经过所述光学MEMS谐振腔。

10.根据权利要求1所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，采用两层MEMS膜来构成所述MEMS传感器中的所述光学MEMS谐振腔。

11.根据权利要求1所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，所述光学标准具包括单模光纤双光纤准直器、光学谐振腔和光学带通滤波器；所述光学谐振腔的透射周期光谱作为波长标尺；所述光学带通滤波器的反射光谱呈凹陷状；提供电子温度传感器以获得精确的温度来校准所述光学谐振腔因温度变化导致的光谱漂移。

12.根据权利要求11所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，可用光纤布拉格光栅代替所述光学带通滤波器来提供波长标记。

13.根据权利要求1所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，所述光学标准具包括两根单模光纤的两个端面、玻璃管和用于提供波长标记的光纤布拉格光栅。

14.根据权利要求1所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，所述TOF包括两个单模准直器和光学MEMS谐振腔；所述TOF的所述光学MEMS谐振腔由MEMS膜和玻璃反射镜组成；所述MEMS膜是静电或热调谐的；所述玻璃镜面可以是平的或凹的。

15.如权利要求14所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，所述TOF中的光学MEMS谐振腔由两层MEMS膜组成，所述MEMS膜可以是静电或热调谐的，其形状可以是平的或凹的。

16.根据权利要求1所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，所述TOF包括单模光纤和MEMS薄膜；所述MEMS膜是静电或热调谐的；所述光学MEMS谐振腔由所述单模光纤的端面和所述MEMS膜组成；所述MEMS膜的形状可以是平的或凹的。

17.根据权利要求1所述的基于光学MEMS的监测系统，其特征在于，所述光学耦合器可用光环行器代替。