CN211317591U - 一种声波探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种声波探测装置，解决现有传感器结构批量生产组装繁杂、一致性差的技术问题。包括：固定腔体，用于与振动腔体适配连接形成光学腔室，并形成光通道和泄压孔径。振动腔体，用于与所述固定腔体适配连接形成所述光学腔室，并形成振动局部，在所述振动局部中形成与所述光通道共轴的光反射面。利用光反射面所处振动局部形成光学谐振腔长变化。谐振腔具有超薄敏感结构，省略了成组光纤共轴对位的调试成本的同时带来了较高的探测精度。利用成熟的集成手段和加工工艺可以进一步降低组装生产成本、提供良品率，适合大批量生产。同时利用成熟加工工艺可以针对声波探测环境形成具有环境适应性的外形轮廓。

Description

一种声波探测装置

技术领域

本实用新型涉及微光机电系统(MOEMS)技术领域，具体涉及一种声波探测装置。

背景技术

利用法布里-珀罗谐振腔原理形成的压力传感器系统已存在实际应用。法布里-珀罗谐振腔的光学腔室形变量与所受压强成正比，光学腔室长度的变化影响光纤内入射光和反射光的光程差，使得入射光和反射光形成的干涉图案发生变化，通过光电探测器对光信号的解调可以获得压力变化的量化数据。现有压力传感器中存在一种膜片压力传感器，利用膜片随压力变化产生法布里-珀罗谐振腔的腔长变化。针对声波探测中的声学传播特性膜片压力传感器需要形成针对性的结构改进。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型实施例提供一种声波探测装置，解决现有传感器批量生产组装繁杂、一致性差的技术问题。

本实用新型实施例的声波探测装置，包括：

固定腔体，用于与振动腔体适配连接形成光学腔室，并形成光通道和泄压孔径。

振动腔体，用于与所述固定腔体适配连接形成所述光学腔室，并形成振动局部，在所述振动局部中形成与所述光通道共轴的光反射面。

本实用新型一实施例中，所述固定腔体包括内侧壁、内底壁和外底壁，在所述固定腔体的外底壁上开设光通道固定盲孔，在所述光通道固定盲孔底部开设光通道通孔，所述光通道通孔贯穿所述光通道固定盲孔的底部和所述固定腔体的内底壁与光学腔室共轴线，所述光通道固定盲孔的底部与所述固定腔体的内底壁平行。

本实用新型一实施例中，在所述光通道固定盲孔一侧，在所述固定腔体的内底壁上开设泄压通孔。

本实用新型一实施例中，所述振动腔体包括侧壁和底壁，以所述光学腔室轴线为中心，在所述振动腔体的底壁中形成局部振动底壁，在所述局部振动底壁朝向所述光通道一面设置所述光反射面，所述光反射面与所述光学腔室共轴线。

本实用新型一实施例中，所述局部振动底壁与所述振动腔体的底壁在材料上存在差异，和/或所述局部振动底壁与所述振动腔体的底壁在厚度上存在差异。

本实用新型一实施例中，所述振动腔体的底壁与所述固定腔体的内侧壁顶端适配连接形成所述光学腔室，所述振动腔体的侧壁形成敞口。

本实用新型一实施例中，所述振动腔体的侧壁顶端与所述固定腔体的内侧壁顶端适配连接形成所述光学腔室。

本实用新型一实施例中，所述局部振动底壁的周向形成轮廓刻蚀凹槽或通过开设轮廓通孔，在相邻所述轮廓通孔的共享侧壁形成悬梁结构。

本实用新型一实施例中，所述固定腔体的内底壁上设置若干组止挡，每一组的所述止挡沿所述光通道固定盲孔的径向分布，各组所述止挡沿所述光通道固定盲孔的周向均匀分布。

本实用新型一实施例中，所述泄压通孔上遮蔽柔软薄膜。

本实用新型实施例的声波探测装置采用平行的光反射面和光通道端面在光学腔室中形成法布里-珀罗谐振腔，利用光反射面所处振动局部形成腔长变化。谐振腔具有超薄敏感结构，省略了成组光纤共轴对位的调试成本的同时带来了较高的探测精度。利用成熟的集成手段和加工工艺可以进一步降低组装生产成本、提供良品率，适合大批量生产。同时利用成熟加工工艺可以针对声波探测环境形成具有环境适应性的外形轮廓。

附图说明

图1所示为本实用新型一实施例声波探测装置的轴侧分解示意图。

图2所示为本实用新型一实施例声波探测装置的固定腔体的结构示意图。

图3所示为本实用新型一实施例声波探测装置的振动腔体的结构示意图。

图4所示为本实用新型另一实施例声波探测装置的固定腔体的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型一实施例的声波探测装置结构如图1所示。在图1中，本实施例包括：

固定腔体100，用于与振动腔体200适配连接形成光学腔室，并形成光通道和泄压孔径。

振动腔体200，用于与固定腔体100适配连接形成光学腔室，并形成振动局部，在振动局部中形成与光通道共轴的光反射面。

固定腔体100与振动腔体200间的适配是指固定腔体与振动腔体的边缘相互配合形成一个光学腔室。

光通道采用单模或多模光纤。光纤的轴线贯穿固定腔体与振动腔体。光通道端面与光反射面平行且共轴。

本领域技术人员可以理解，结合微电子机械系统(MEMS)的制造工艺，固定腔体和振动腔体可以采用化学蚀刻、沉积、光刻等微结构加工工艺形成。

本领域技术人员可以理解，固定腔体和振动腔体的适配对位可以采用圆片级键合集成(Wafer to Wafer)方式，在一个圆片基片上形成芯片或器件，在两个圆片基片间经过一次对位和集成工艺。圆片级集成方式集成效率高，所经历加热的过程相对较少，适用于两层热膨胀系数相互匹配的圆片以及上下对位集成芯片尺寸大小相同或相近的情况，有利于形成自对准组装，适合批量制造。

本实用新型实施例的声波探测装置采用平行的光反射面和光通道端面在密封空间中形成法布里-珀罗谐振腔，利用光反射面所处振动局部形成腔长变化。谐振腔具有超薄敏感结构，省略了成组光纤共轴对位的调试成本的同时带来了较高的探测精度。利用成熟的集成手段和加工工艺可以进一步降低组装生产成本、提供良品率，适合大批量生产。同时利用成熟加工工艺可以针对声波探测环境形成具有环境适应性的外形轮廓。

本实用新型一实施例中的固定腔体结构如图2所示。在图2中，固定腔体100包括一实心柱体，在实心柱体的一端沿实心柱体轴线开设共轴的盲孔，形成固定腔体100的内侧壁、内底壁和外底壁。在固定腔体的外底壁上开设光通道固定盲孔120，在光通道固定盲孔120底部开设光通道通孔110，光通道通孔110贯穿光通道固定盲孔120底部和固定腔体100的内底壁与光学腔室共轴线。光通道固定盲孔120的底部与固定腔体的内底壁平行。

在光通道固定盲孔120一侧，在固定腔体的内底壁上开设泄压通孔130。

在本实用新型一实施例中，泄压通孔130上遮蔽柔软薄膜，用于光学腔室内静电防尘。

本实用新型实施例的声波探测装置提供了固定光通道的固定基准，保证了固定时光通道端面的准直性，使得谐振腔形成的干涉基准稳定可靠。泄压通孔130保证了谐振腔振动局部的振幅不受密闭气压衰减，避免密闭气体熵增，可以使得干涉图案的变化可以如实反映振动特征。

本实用新型一实施例中的振动腔体结构如图3所示。图3结合图1所示，振动腔体200包括一实心柱体，在实心柱体的一端沿实心柱体轴线开设共轴的盲孔，形成振动腔体200的侧壁和底壁。以光通道通孔110轴线(即光学腔室轴线)为中心，在振动腔体200的底壁中形成局部振动底壁210(可以理解为振动腔体200的底壁上形成通孔，局部振动底壁210填补该通孔使得振动腔体200的底壁的局部适于形成振动)，在局部振动底壁210朝向光通道通孔110一面设置光反射面220。光反射面220可以采用光学反射薄膜或镀膜。

在本实用新型一实施例中，光反射面220与局部振动底壁210共轴线。

在本实用新型一实施例中，局部振动底壁210与振动腔体200的底壁在材料上存在差异。

在本实用新型一实施例中，局部振动底壁210与振动腔体200的底壁在厚度上存在差异。

如图3结合图1所示，振动腔体200的底壁与固定腔体100的侧壁顶端适配连接形成光学腔室。振动腔体200的侧壁形成敞口，用于作为声波采集结构。

如图3所示，在本实用新型一实施例中，环绕局部振动底壁210的边缘形成轮廓刻蚀凹槽230，用于释放局部振动底壁210的结构应力。轮廓刻蚀凹槽230可以在振动腔体200的底壁内侧和/或外侧单独或交替开设形成共轴心布设。

在本实用新型一实施例中，围绕局部振动底壁210的周向均匀开设轮廓通孔，相邻轮廓通孔的共享侧壁形成悬梁结构，用于释放局部振动底壁210的结构应力。悬梁结构的长度和厚度与轮廓通孔的孔径和厚度可以存在差异。

在本实用新型一实施例中，振动腔体200的侧壁顶端与固定腔体100的内侧壁顶端适配连接形成光学腔室。

本实用新型实施例的声波探测装置提供了与固定光通道平行共轴的振动局部和光反射面，保证了谐振腔的结构稳定性和腔长变化的稳定性。形成的光学腔室侧壁高度(即光反射面与光纤端面的间距)可以适应谐振腔腔长要求精确初始设定。保证了干涉图形的量化精度。光反射面与振动局部结构高度正相关，在降低制造成本的前提下进一步利用光学腔室结构保证了谐振腔的整体稳定性和局部振动精度。

本实用新型一实施例中的固定腔体结构如图4所示。在图4中，与上述实施例的区别在于，在固定腔体100的内底壁上设置若干组止挡140，止挡140为细小圆柱体，每一组的止挡沿光通道固定盲孔120的径向分布，各组止挡沿光通道固定盲孔120的周向均匀分布。

本实用新型实施例的声波探测装置利用止挡140限制了局部振动底壁210的最大振幅，可以有效避免局部振动底壁210在振动过程中受过度声能冲击而损坏。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种声波探测装置，其特征在于，包括：

固定腔体，用于与振动腔体适配连接形成光学腔室，并形成光通道和泄压孔径；

振动腔体，用于与所述固定腔体适配连接形成所述光学腔室，并形成振动局部，在所述振动局部中形成与所述光通道共轴的光反射面。

2.如权利要求1所述的声波探测装置，其特征在于，所述固定腔体包括内侧壁、内底壁和外底壁，在所述固定腔体的外底壁上开设光通道固定盲孔，在所述光通道固定盲孔底部开设光通道通孔，所述光通道通孔贯穿所述光通道固定盲孔的底部和所述固定腔体的内底壁与光学腔室共轴线，所述光通道固定盲孔的底部与所述固定腔体的内底壁平行。

3.如权利要求2所述的声波探测装置，其特征在于，在所述光通道固定盲孔一侧，在所述固定腔体的内底壁上开设泄压通孔。

4.如权利要求1所述的声波探测装置，其特征在于，所述振动腔体包括侧壁和底壁，以所述光学腔室轴线为中心，在所述振动腔体的底壁中形成局部振动底壁，在所述局部振动底壁朝向所述光通道一面设置所述光反射面，所述光反射面与所述光学腔室共轴线。

5.如权利要求4所述的声波探测装置，其特征在于，所述局部振动底壁与所述振动腔体的底壁在材料上存在差异，和/或所述局部振动底壁与所述振动腔体的底壁在厚度上存在差异。

6.如权利要求4所述的声波探测装置，其特征在于，所述振动腔体的底壁与所述固定腔体的内侧壁顶端适配连接形成所述光学腔室，所述振动腔体的侧壁形成敞口。

7.如权利要求4所述的声波探测装置，其特征在于，所述振动腔体的侧壁顶端与所述固定腔体的内侧壁顶端适配连接形成所述光学腔室。

8.如权利要求4所述的声波探测装置，其特征在于，所述局部振动底壁的周向形成轮廓刻蚀凹槽或通过开设轮廓通孔，在相邻所述轮廓通孔的共享侧壁形成悬梁结构。

9.如权利要求2所述的声波探测装置，其特征在于，所述固定腔体的内底壁上设置若干组止挡，每一组的所述止挡沿所述光通道固定盲孔的径向分布，各组所述止挡沿所述光通道固定盲孔的周向均匀分布。

10.如权利要求3所述的声波探测装置，其特征在于，所述泄压通孔上遮蔽柔软薄膜。

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