FI98095C - Fabry-Perot resonaattoriin perustuva optinen voima-anturi, jossa ilmaisimen osana toimii pyyhkäisevä Fabry-Perot resonaattori - Google Patents
Fabry-Perot resonaattoriin perustuva optinen voima-anturi, jossa ilmaisimen osana toimii pyyhkäisevä Fabry-Perot resonaattori Download PDFInfo
- Publication number
- FI98095C FI98095C FI922263A FI922263A FI98095C FI 98095 C FI98095 C FI 98095C FI 922263 A FI922263 A FI 922263A FI 922263 A FI922263 A FI 922263A FI 98095 C FI98095 C FI 98095C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- resonator
- sensor
- scanning
- measuring
- fabry
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 25
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 title description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 230000035784 germination Effects 0.000 claims 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000005483 Hooke's law Effects 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0076—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means
- G01L9/0077—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means for measuring reflected light
- G01L9/0079—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means for measuring reflected light with Fabry-Perot arrangements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/001—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Description
98095
Fabry-Perot resonaattoriin perustuva optinen voima-anturi, jossa ilmaisimen osana toimii pyyhkäisevä Fabry-Perot resonaattori
Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen optinen voima-5 anturi.
Keksintö on tarkoitettu pääasiallisesti käytettäväksi absoluuttipaineen, paine-eron ja kiihtyvyyden mittaamiseen. Sitä voidaan käyttää myös voiman mittaamiseen.
10 Lämpötila ja paine ovat yleisimmät teollisissa prosesseissa mitattavat suureet. Paineanturit ovat kehittyneet nopeasti yhä pienemmiksi ja suorituskykyisemmiksi. Tämän on ensisijaisesti mahdollistanut mikroelektroniikan käyttämän piiteknologian soveltaminen piiantureihin.
15 Pii on mekaanisilta ominaisuuksiltaan erinomainen materiaali, se noudattaa Hooken lakia murtorajaan asti ja on hystereesitön alle 600° C lämpötiloissa. Piin pinnalle voidaan kasvattaa oksidi tai nitridi, jolloin se tulee kemiallisesti kestäväksi.
Antureissa käytetään sekä staattisia että värähteleviä rakenteita. Staattisissa raken-20 teissä paineen muuttuminen ilmaistaan tavallisesti pietsoresistiivisen ilmiön avulla, kapasitanssin muuttumisen avulla tai optisen intensiteetin muuttumisen kautta. Piet-soresistiivisessä anturissa käytetään hyväksi sekä piin sähköisiä että mekaanisia ominaisuuksia, kun taas kapasitiivisessa ja optisessa anturissa käytetään ainoastaan piin mekaanisia ominaisuuksia.
25
Kapasitiivisen anturin herkkyyden ja offsetin lämpötilariippuvuus on huomattavasti pienempi kuin pietsoresistiivisen. Kapasitiivinen anturi on myös parempi pienillä painealueilla.
30 B. Culshaw1 on esittänyt optisen piipaineanturin, jossa anturiin kohdistuva ulkoinen paine muuttaa anturin sisällä olevan mekaanisesti värähtelevän sillan jännitystä. Sillan resonanssi taajuus riippuu jännityksestä ja anturin antama signaali on kyseinen resonanssitaajuus.
2 98095
Anturin antama taajuus on helppo mitata erittäin tarkasti. Toinen rakenteen etu on se, että anturi ei tarvitse sähköä. Anturin sisällä on tyhjiö, jotta värähtelevän elementin hyvyysluku saataisiin kyllin suureksi. Tästä puolestaan seuraa se haitta, ettei anturia voi käyttää paine-eron mittaamiseen, koska tällöin vertailupaine pitää päästää 5 anturin sisälle. Tällainen anturi on myös herkkä tärähdyksille, jotka voivat muuttaa värähtelevän elementin moodin.
Värähtelevä anturi toimii sitä pienemmällä teholla, mitä suurempi värähtelevän elementin Q-arvo on. Q-arvoa parannetaan tyypillisesti muodostamalla anturin sisäl-10 le tyhjiö. Tästä seuraa, ettei tunnetun tekniikan mukaisia antureita voida käyttää differentiaalipaineen mittaamiseen, koska tällöin kaasua olisi myös värähtelevän elementin ympärillä, mikä pudottaisi sen Q-arvon liian alas.
I.A. Dziuban et ai.2 ovat esittäneet optisen piipaineanturin, jossa optisen kuidun pää 15 on kiinnitetty yksikiteiseen piihin tehtyyn kalvoon. Paineen muuttuessa kalvo liikkuu ja kuitu sen mukana. Kuidun pään vieressä on detektori, jolle tuleva intensiteetti riippuu kuidun pään paikasta detektoriin nähden. Signaalina saadaan jännite tai virta, joka syntyy valon vaikutuksesta detektorissa.
20 Tämän ratkaisun puutteena voidaan esittää signaalin riippuvuus valolähteen intensiteetistä, minkä kompensointi vaatii referenssikanavan käytön. Julkaisussa ei ole esitetty, miten tämä toteutetaan. Toinen ongelmakohta on detektorilta saatavan sähköisen signaalin suuri riippuvuus lämpötilasta, jonka kompensointi vaatii lämpötilan mittaamisen.
25 Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatun tekniikan puutteellisuudet ja aikaansaada aivan uudentyyppinen optinen voima-anturi.
Tässä keksinnössä esitetään paineen ja kiihtyvyyden mittaamiseen soveltuva optinen 30 voima-anturi, joka sisältää sekä staattisen rakenteen että liikuteltavan rakenteen.
Keksintö perustuu siihen, että anturiin on muodostettu Fabry-Perot resonaattori, 3 98095 jonka resonanssitaajuus ilmaistaan toisella siitä erillisellä Fabry-Perot resonaattorilla, jonka resonanssiaallonpituus on säädettävä.
Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle anturille on tunnusomaista se, mikä 5 on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.
Keksinnön mukainen anturi on luonteeltaan geneerinen, koska anturin detektoriosa, 10 pyyhkäisevä Fabry-Perot resonaattori, voi olla sama kaikille mitattavan voiman eri alueille. Mittaavan resonaattorin liikkuvan peilin jäykkyys mitoitetaan, esim. sen paksuutta muuttamalla siten, että peilin siirtymä ulkoisen voiman vaikutuksesta on aina sama riippumatta mitattavan voima-alueen täysnäyttämästä. Tällöin pyyhkäisevä resonaattori on aina oikealla aallonpituusalueella.
15
Keksinnön mukainen anturi on iskunkestävyydeltään erittäin hyvä, koska se ei sisällä värähtelevää elementtiä, jonka isku voi rikkoa. Tunnetun tekniikan mukainen anturi voi myös resonoida ympäristön värinöihin, varsinkin jos ollaan lähellä anturin värähtelevän elementin resonanssitaajuuksia. Keksinnön mukaisessa anturissa paineen 20 vaikutuksesta liikkuvan kalvon resonanssitaajuus saadaan korkeaksi ja sen mahdollisen värähtelyn vaikutus näkyy rivikameran pinnalla absorptiopiikkien levenemisenä. Tämä ei estä minimikohtien ilmaisua.
Elektroniikkakotelo, jossa keksinnön mukaisen anturin ilmaisinosa on, ei yleensä 25 joudu alttiiksi sellaisille värähtelyille kuin itse anturi.
Keksinnön mukaisessa anturissa käytetään laajakaistaista optista valonlähdettä, esimerkiksi miniatyyrikokoista hehkulamppua tai LED:iä. Nämä ovat halvempia kuin laser, eikä aallonpituuden muuttuminen lämpötilan vaikutuksesta huononna laitteen 30 toimintaa, kuten laseria käytettäessä voi tapahtua.
Laajakaistaista valoa käytettäessä saadaan myös kuiduissa tapahtuvien muutosten 4 98095 vaikutus mittaukseen minimoitua.
Keksinnön mukainen anturi sallii valolähteen intensiteetille muutoksia, ilman että anturin tarkkuus huononee. Tämä johtuu siitä, että ilmaisimessa etsitään intensiteetin 5 minimi/maksimikohta, ei sen absoluuttiarvo.
Keksinnön mukaisessa ratkaisussa ei Q-arvon optimoimiseksi tarvitse anturielement-tiin muodostaa tyhjöä, sillä anturin kalvo ei värähtele. Differentiaalipaineen mittaamiseksi tarvitsee vain päästää paine mittaavan resonaattorin sisälle.
10
Tunnetun tekniikan mukaisia antureita, paitsi värähtelevään elementtiin perustuvia, voi käyttää kiihtyvyyden mittaamiseen. Värähtelevää elementtiä voi käyttää ainoastaan venytysjännityksessä, eikä sillä voi mitata voimaa, joka aiheuttaa puristusjännityksen. Niissä antureissa, joiden sisällä on tyhjiö, ei kuitenkaan voi käyttää herkkää 15 kalvoa, koska kalvon täytyy ottaa vastaan ulkoinen paine. Tässä keksinnössä ei tätä rajoitusta ole, sillä optisen resonaattorin liikkuva kalvo voidaan tehdä erittäin herkäksi, jos sen molemmilla puolilla on sama paine. Mikäli halutaan valmistaa herkkä kiihtyvyysanturi, resonaattorin kalvo kannattaa varustaa lisäm as salia. 1 30
Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten kuvioiden mukaisten suoritusesimerkkien avulla.
Kuvio 1 esittää graafisesti keksinnön mukaisen anturin resonaattorien toimintaa.
25 Kuvio 2 esittää kaaviomaisesti yhtä keksinnön mukaista anturia.
Kuvio 3 esittää vaihtoehtoista ratkaisua kuvion 1 anturille.
Kuvio 4 esittää vaihtoehtoista ratkaisua kuvion 1 anturille.
Kuvio 5 esittää vaihtoehtoista ratkaisua kuvion 1 anturille.
5 98095
Kuvio 6 esittää esittää vaihtoehtoista ratkaisua kuvion 1 anturille.
Kuvio 7 esittää halkileikattuna sivukuvantona keksinnön mukaista mittaavaa Fabry-Perot resonaattoria.
5
Kuvio 8 esittää halkileikattuna sivukuvantona keksinnön mukaista pyyhkäisevää Fabry-Perot resonaattoria.
Kuvio 9 esittää halkileikattuna sivukuvantona kiihtyvyyden mittaamiseen tarkoitettua 10 vaihtoehtoista ratkaisua kuvion 7 mukaiselle mittaavalle resonaattorille.
Koska kuvion 1 mukaisesti pyyhkäisevän resonaattorin 6 pyyhkäisyalue s on valittu samalle alueelle kuin mittaavan resonaattorin 4 optinen pituus x, saadaan ilmaisimeen 8 intensiteettiminimi aina silloin, kun resonaattorien 4 ja 6 optiset pituu-15 det ovat samansuuruiset. Koska pyyhkäisevä resonaattori 6 pyyhkäisee jaksollisesti alueen s läpi, saadaan mittaavan resonaattorin 4 optinen pituus selville pyyhkäisevän resonaattorin minimikohdan vaihekulmasta. Mittaavan resonaattorin 4 optinen pituus muuttuu ulkoisen voiman, esim. paineen, vaikutuksesta ja kun rakenteen jäykkyys tiedetään, voidaan optisen pituuden muutoksesta laskea suoraan voima. Laitteisto siis 20 tarvitsee myös vaiheenilmaisuelimet intensiteettiminimiä/maksimia vastaavan pyyhkäisevän resonaattorin 6 vaihekulman selvittämiseksi. Vaihekulma kertoo suoraan mittaavan resonaattorin 4 optisen pituuden, josta resonaattoriin 4 kohdistuva voima on laskettavissa. Valolähteeksi 1 sopii mikä tahansa laajakaistainen valolähde kuten hehkulamppu tai LED.
25
Kuvion 2 mukaisesti valkoinen valo kulkee valolähteestä 1 kuitua 5 pitkin lä-päisymoodissa olevan pyyhkäisyresonaattorin 6 kautta pääkuitua 3 pitkin mittaavaan anturirakenteeseen 4. Tämä heijastaa siitä kaiken paitsi yhden tai useamman kapean aallonpituuskaistan. Mittaava rakenne 4 toimii siis kaistanestosuotimena. Heijastunut 30 valo kulkee takaisin pääkuitua 3 haaroittimeen 9, josta osa valosta menee haarakui-tuun 7 ja kohtaa ilmaisimen 8. Pyyhkäisevä resonaattori 6 vaimentaa voimakkaasti kaikkia muita paitsi resonanssissa olevia aallonpituuksia ja toimii siis kaistanpääs- 6 98095 tösuotimena.
Kuvion 3 mukaisesti on valolähde 1 ja pyyhkäisevä resonaattori 6 sijoitettu haa-rakuituun 7. Periaatteellisesti ratkaisu vastaa kuvion 2 vaihtoehtoa.
5
Kuvion 4 mukaisesti voidaan keksinnön mukainen anturi toteuttaa siten, että pelkästään valolähde 1 sijoitetaan haarakuituun 7 ja valo johdetaan siis suoraan haaroitti-men 9 kautta mittaavalle resonaattorille 4. Vasta palaava, kaistanestosuodatettu valo kaistanpäästösuodatetaan pyyhkäisevässä resonaattorissa 6. Ilmaisin 8 voidaan tarvit-10 taessa suoraan integroida resonaattoriin 6, jolloin liitoskuitua S ei tarvita.
Kuvion 5 mukaisesti kuvion 4 pääkuidun 3 ja haarakuidun 7 elementit on vaihdettu keskenään.
15 Kuvion 6 mukaisesti mittaava resonaattori 6 ja pyyhkäisevä resonaattori 6 on sijoitettu pääkuidun 3 päihin. Valo tuodaan valonlähteestä haaroituskuitua 11 pitkin ensin pyyhkäisevään resonaattoriin 6, joka tässä vaihtoehdossa toimii heijastavana resonaattorina ja on toiminnaltaan kaistanestosuodin. Valo kulkee pääkuidun 3 toiseen päähän mittaavaan resonaattoriin 4. Kun resonaattorit 4 ja 5 ovat saman mittaiset, 20 saadaan haaroittimen 10 kautta haaroituskuitua 7 pitkin ilmaisimeen intensiteettimak-simi.
Kuvion 7 mukaisesti valokaapelilla 3 johdetaan valoa anturirakenteeseen 4. Antu-rirakenne 4 muodostuu runko-osasta 15 ja tähän yhdistetystä anturikalvosta 27, joka 25 on niin ohut, että ulkoinen voima F aiheuttaa kalvon 27 ja runkorakenteen välimatkaan mitattavissa olevan muutoksen. Anturikalvo 27 voidaan siis ajatella runkorakenteeseen 15 jousitetusti kiinnitetyksi kappaleeksi. Valokuidusta 3 valoa läpäisevän runkorakenteen 15 läpi johdettu valo kohtaa ensin runkorakenteeseen 15 yhdistetyn puoliläpäisevän peilin 21, josta osa valosta pääsee resonaattoritilaan 33 ja kohtaa 30 anturikalvon peilin 23. Ne aallonpituudet laajakaistaisesta valosta, joiden aallonpituuden puolikkaan monikerta on välimatkan d suuruinen, vaimenevat voimakkaasti ja näkyvät kuituun 3 palaavassa signaalissa absorptiomaksimina. Kun anturikalvoon il iti I Hiili In i m 7 98095 27 vaikuttaa suurempi voima F’, pienenee kalvon 27 ja runkokappaleen välinen matka arvoon d\ jolloin saadaan uudet absorptiomaksimit.
Valmistusteknisesti kuvion 2 mukainen anturirakenne 4 muodostetaan perinteisenä S kalvonkasvatusprosessina siten, että yksikiteistä piitä olevan substraatin 15 päälle muodostetaan puoliläpäisevä metallikalvo 21. Metallikalvon 21 päälle puolestaan kasvatetaan piidioksidikerros 25, joka määrää resonaattoritilan 33 peruskorkeuden. Piidioksidikerroksen 25 päälle muodostetaan toinen metallikalvo 23, joka siis toimii resonaattorin 33 toisena peilinä. Metallikalvon 23 päälle muodostetaan polypiianturi-10 kalvo 27, jonka paksuus ja läpimitta (tai sivun pituus) määrää anturin 4 mekaanisen herkkyyden. Piidioksidikerros 25 syövytetään sopivalla menetelmällä resonaattoriti-laksi 33. Kerros 29 voi olla esimerkiksi lasia, jonka avulla kappale 30 kiinnitetään polypiikalvoon 27. Kappaleen 30 avulla voidaan anturi kytkeä paine-eromittauksessa mitattavaan paineeseen. Kappaletta 30 ei tarvita absoluuttipaineen mittauksessa, 15 jolloin mittaava resonaattori on rakenteeltaan samanlainen kuin pyyhkäisevä resonaattori. Vertailupaine tuodaan resonaattorin sisälle kanavalla 31, jota ei tarvita absoluuttianturissa.
Anturielementin tyypillisiä mittoja on esitetty seuraavassa taulukossa: 20 ___
__TYYPILLISESTI__MIN-MAX
Hl 380 μιη 360 - 520 μΐη H2 380 μιη 360 - 520 μτα _Η4__760 Mm__720 - 1040 μπ\ 25 W 2 mm 1-3 mm d 1 μτη 0,6 - 1,5 /*m ANTURHCALVON 27 1 μνα 0,7 - 10 μπι
PAKSUUS
30 Kuvion 8 mukaisesti pyyhkäisevä resonaattori 8 on hyvin samankaltainen kuvion 7 mukaisen mittaavan resonaattorin kanssa. Kuviossa esiintyvien optisten kuitujen 5 ja 3 viitenumerointi vastaan kuvioiden 2 ja 4 viitenumerointia. Resonaattori koostuu 8 98095 runkorakenteesta 55, tähän yhdistetystä peilinä toimivasta metallikalvosta 41. Metal* likalvoon 41 alapuolella on piidioksidikerros 57, joka määrää resonaattorin SI pituuden d. Piidioksidikerroksen 57 alapuolella on toinen metallikerros 49, joka toimii resonaattorin SI toisena peilinä. Toisen metallikerroksen 49 alapuolelle on muodos-5 tettu liikkuvan kaivorakenteen kantavana komponenttina toimiva polypiikalvo S3.
Runkorakenteessa SS on ensimmäinen elektrodi 43 ja polypiikalvossa toinen elektrodi 45, joiden välisellä jännitteellä U voidaan resonaattorin SI pitutta säätää esimerkiksi arvojen d - d’ välillä. Pituus d muuttuu sähköstaattisen paineen Pt vaikutuksesta 10 P=±t(V)1 s 2 8° d
Kalvo S3 liikkuu siten jännitteen U mukaan.
IS Vaihtoehtoja voima-arvon ilmaisemiseksi on useita. Kuvion 8 mukaisen pyyhkäisevän resonaattorin läpäisyaallonpituuden riippuvuus jännitteestä U on helppo selvittää esimerkiksi kokeellisesti. Vastaavasti kuvion 7 mukaisen anturin paine-re-sonanssiaallonpituusriippuvuus voidaan selvittää kokeellisesti. Niinpä mittausjäijes-telmän ilmaisimen 8 intensiteettiminimiä/maksimia vastaavasta jännitteestä U saa-20 daan selvitetyksi ulkoinen paine tai voima kalibrointikäyrien avulla.
Pyyhkäisevän resonaattorin säätövaihtoehtoja on useita. Säätöelektroniikka voi pitää jännitteen U arvon sellaisena, että detektori on koko ajan intensiteettiminimissä (tai vastaavasti maksimissa), jolloin U seuraa painetta.
25
Vaihtoehtoisesti U voi olla vaihtojännite, jolloin kalvo 53 liikkuu jaksollisesti pyyhkäisevän resonaattorin minimi- ja maksimipituuden välillä. Tällöin detektori 8 näkee kussakin puolijaksossa yhden minimin (tai maksimin), jonka vaihekulma kertoo resonaattorin pituuden ja siten paineen/voiman suuruuden. Vaihekulman (siis ajan) 30 mittaukseen tarvitaan mikroprosessori ja sopiva algoritmi, joka tunnistaa intensiteet- 9 98095 timinimin.
Seuraavassa on esitetty yksi mahdollisuus laskenta-algoritmiksi: S Laskuri käynnistyy kun pyyhkäisevä resonaattori on paikassa 0, eli pyyhkäisymatkan s alkupäässä (kuvio 1) ja pysähtuu kun ollaan saavutettu 1^ ilmaisimella.
Silloin
t _ x Cs" S
10 missä t on aika nollahetkestä ( = pyyhkäisyn alku) intensiteettiminimiin 1^, s = pyyhkäisymatka ja x minimin paikka, t, on s:ää vastaava aika.
x=—xs 15 Kuvion 9 mukaisesti voidaan anturikalvo 27 varustaa lisämassalla 37, jolloin anturi soveltuu hyvin kiihtyvyyden mittaamiseen.
Valmistusteknisesti koko anturi voidaan valmistaa samalle substraatille.
20 1. B. Culshaw, "Micromachined Silicon - A Synergistic Approach to Optical
Fibre Sensing ?", Proc. 7th Optical Fibre Sensors Conference, Dec. 2 - 6, 1990, Sydney, New South Wales 1 I. A. Dziuban et al., "Silicon Optical Pressure Sensor", Eurosensors V, Book of Abstracts, 30 Sept. - 2 Oct. 1991, Rome
Claims (8)
1. Anturi voiman mittaamista varten, joka käsittää 5 - rungon (15), - runkoon (15) jousitetusti kytketyn anturikappaleen (27, 37), joka toimii voimaa vastaanottavana elimenä ja jonka poikkeamasta runkoon (15) nähden on laskettavissa anturikappaleeseen (27, 37) kohdistuva voima, 10 jolloin runkokappale (15) ja anturikappale (27, 37) muodostavat heijas- tusmoodissa olevan optisen Fabry-Perot mittausresonaattorin (21, 23, 33), ja - optisen ilmaisinelimen (1, 6, 8) anturikappaleen (27, 37) poikkeaman 15 määrittämiseksi, joka ilmaisinelin (1, 6, 8) käsittää mittausresonaattoriin (21, 23, 33) optisesti kytketyn laajakaistaisen valolähteen (1), ja valolähteeseen (1) optisesti kytketyn intensiteetti-ilmaisimen (8) mittausresonaattorin (21, 23, 33) muuttaman valon intensiteetin ilmaisemiseksi, sekä optisesti mittausresonaattoriin (21, 23, 33) ja valolähteeseen (1) 20 kytketyn pyyhkäisevän Fabry-Perot resonaattorin (41, 49, 51), jonka optinen pituus on säädettävissä mittausresonaattorin (21, 23, 33) optisen pituuden selvittämiseksi, joka on verrannollinen anturikappaleeseen (27) kohdistuvaan voimaan (F, F'), 25 tunnettu siitä, että - molempien Fabry-Perot resonaattorien (21, 23, 33 ja 41, 49, 51), optinen pituus (d) on välillä 0,6 - 1,5 μνη.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siitä, että pyyhkäisevä resonaattori (41, 49, 51) on sijoitettu valon kulkureitille ennen mittausresonaattoria 11 (4). 98095
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siitä, että pyyhkäisevä resonaattori (41, 49, 51) on sijoitettu valon kulkureitille mittausresonaattorin (4) 5 jälkeen.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siitä, että pyyhkäisevää resonaattori (41, 49, 51) käsittää sähköstaattiset poikkeutuselimet (43, 45).
5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen anturi, tunnettu siitä, että runko (15) on koko anturin substraatti.
6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siitä, että pyyhkäisevän resonaattorin (41, 49, 51) optinen pituus on säädettävissä koko ajan mittaavan re- 15 sonaattorin (21, 23, 33) pituiseksi.
7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siitä, että pyyhkäisevän resonaattorin (41, 49, 51) optinen pituus on jaksollisesti muutettavissa. 1
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen anturi, tunnettu siitä, että anturi käsittää vaiheenilmaisuelimet, joilla pyyhkäisevän resonaattorin (41, 49, 51) intensiteetti-minimi/maksimikohdan vaihe on selvitettävissä 98 09 R 12
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI922263A FI98095C (fi) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | Fabry-Perot resonaattoriin perustuva optinen voima-anturi, jossa ilmaisimen osana toimii pyyhkäisevä Fabry-Perot resonaattori |
| EP93303505A EP0571107B1 (en) | 1992-05-19 | 1993-05-06 | Optical force transducer based on a Fabry-Perot resonator, with a sweeping Fabry-Perot resonator as an element of the transducing part |
| DE69316082T DE69316082T2 (de) | 1992-05-19 | 1993-05-06 | Optischer Kraftwandler mit Fabry-Perot Resonator und einem weiteren abtastendem Fabry-Perot Resonator |
| MX9302895A MX9302895A (es) | 1992-05-19 | 1993-05-18 | Transductor de fuerza optica basado en un resonador fabry-perot, con un resonador fabry-perot de barrido como un elemento de la parte transductora. |
| BR9301922A BR9301922A (pt) | 1992-05-19 | 1993-05-18 | Transdutor para medicao de forca |
| NO931790A NO931790L (no) | 1992-05-19 | 1993-05-18 | Optisk transduser for kraftm}ling |
| KR1019930008561A KR930023710A (ko) | 1992-05-19 | 1993-05-19 | 페브리 페로 공진기를 포함하는 광력변환기 |
| JP5117200A JPH0634474A (ja) | 1992-05-19 | 1993-05-19 | 力測定変換器 |
| CN93106162A CN1047663C (zh) | 1992-05-19 | 1993-05-19 | 以扫描法布里珀罗共振器作为传感部分元件的光学压力传感器 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI922263A FI98095C (fi) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | Fabry-Perot resonaattoriin perustuva optinen voima-anturi, jossa ilmaisimen osana toimii pyyhkäisevä Fabry-Perot resonaattori |
| FI922263 | 1992-05-19 |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI922263A0 FI922263A0 (fi) | 1992-05-19 |
| FI922263A FI922263A (fi) | 1993-11-20 |
| FI98095B FI98095B (fi) | 1996-12-31 |
| FI98095C true FI98095C (fi) | 1997-04-10 |
Family
ID=8535311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI922263A FI98095C (fi) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | Fabry-Perot resonaattoriin perustuva optinen voima-anturi, jossa ilmaisimen osana toimii pyyhkäisevä Fabry-Perot resonaattori |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0571107B1 (fi) |
| JP (1) | JPH0634474A (fi) |
| KR (1) | KR930023710A (fi) |
| CN (1) | CN1047663C (fi) |
| BR (1) | BR9301922A (fi) |
| DE (1) | DE69316082T2 (fi) |
| FI (1) | FI98095C (fi) |
| MX (1) | MX9302895A (fi) |
| NO (1) | NO931790L (fi) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0729051A3 (en) * | 1995-02-21 | 1998-06-17 | Ascom Tech Ag | Optical reflection modulator |
| US5831262A (en) * | 1997-06-27 | 1998-11-03 | Lucent Technologies Inc. | Article comprising an optical fiber attached to a micromechanical device |
| US7330271B2 (en) | 2000-11-28 | 2008-02-12 | Rosemount, Inc. | Electromagnetic resonant sensor with dielectric body and variable gap cavity |
| DE60137447D1 (de) * | 2000-11-28 | 2009-03-05 | Rosemount Inc | Einrichtung zur messung physikalischer grössen mit einem optischen sensor |
| NO315177B1 (no) * | 2001-11-29 | 2003-07-21 | Sinvent As | Optisk forskyvnings-sensor |
| DE10224790B4 (de) * | 2002-06-04 | 2004-10-21 | Infineon Technologies Ag | Beschleunigungssensor und Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors |
| US7043115B2 (en) | 2002-12-18 | 2006-05-09 | Rosemount, Inc. | Tunable optical filter |
| US7492463B2 (en) * | 2004-04-15 | 2009-02-17 | Davidson Instruments Inc. | Method and apparatus for continuous readout of Fabry-Perot fiber optic sensor |
| EP1681540A1 (en) | 2004-12-21 | 2006-07-19 | Davidson Instruments, Inc. | Multi-channel array processor |
| US7689071B2 (en) * | 2004-12-22 | 2010-03-30 | Opsens Inc. | Fiber optic pressure sensor for catheter use |
| US20060274323A1 (en) | 2005-03-16 | 2006-12-07 | Gibler William N | High intensity fabry-perot sensor |
| JP4817786B2 (ja) * | 2005-10-03 | 2011-11-16 | 株式会社山武 | 差圧測定システム及び差圧測定方法 |
| US7684051B2 (en) | 2006-04-18 | 2010-03-23 | Halliburton Energy Services, Inc. | Fiber optic seismic sensor based on MEMS cantilever |
| US7743661B2 (en) | 2006-04-26 | 2010-06-29 | Halliburton Energy Services, Inc. | Fiber optic MEMS seismic sensor with mass supported by hinged beams |
| US8115937B2 (en) | 2006-08-16 | 2012-02-14 | Davidson Instruments | Methods and apparatus for measuring multiple Fabry-Perot gaps |
| WO2008091645A1 (en) | 2007-01-24 | 2008-07-31 | Davidson Energy | Transducer for measuring environmental parameters |
| US8560171B2 (en) | 2008-12-25 | 2013-10-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Damping force controller |
| US8904867B2 (en) * | 2010-11-04 | 2014-12-09 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Display-integrated optical accelerometer |
| DE102012217700B4 (de) * | 2012-09-28 | 2015-03-12 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Messvorrichtung zur Messung einer Strahlposition |
| GB2508908B (en) | 2012-12-14 | 2017-02-15 | Gen Electric | Resonator device |
| FR3000545B1 (fr) * | 2012-12-27 | 2015-07-31 | Commissariat Energie Atomique | Microbarometre a soufflet et a transducteur interferometrique |
| CN113281579B (zh) * | 2021-04-28 | 2023-01-24 | 西安理工大学 | 一种基于f-p干涉原理的芯片封装静电测量传感器 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0690329B2 (ja) * | 1985-10-16 | 1994-11-14 | ブリティシュ・テレコミュニケ−ションズ・パブリック・リミテッド・カンパニ | ファブリペロ−干渉計 |
| US4859060A (en) * | 1985-11-26 | 1989-08-22 | 501 Sharp Kabushiki Kaisha | Variable interferometric device and a process for the production of the same |
| DE3816529A1 (de) * | 1988-05-14 | 1989-11-23 | Kistler Instr Gmbh | Druckmessvorrichtung |
-
1992
- 1992-05-19 FI FI922263A patent/FI98095C/fi not_active IP Right Cessation
-
1993
- 1993-05-06 DE DE69316082T patent/DE69316082T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-05-06 EP EP93303505A patent/EP0571107B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-05-18 MX MX9302895A patent/MX9302895A/es unknown
- 1993-05-18 BR BR9301922A patent/BR9301922A/pt not_active Application Discontinuation
- 1993-05-18 NO NO931790A patent/NO931790L/no unknown
- 1993-05-19 CN CN93106162A patent/CN1047663C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1993-05-19 KR KR1019930008561A patent/KR930023710A/ko not_active Application Discontinuation
- 1993-05-19 JP JP5117200A patent/JPH0634474A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1079822A (zh) | 1993-12-22 |
| CN1047663C (zh) | 1999-12-22 |
| BR9301922A (pt) | 1993-11-23 |
| DE69316082D1 (de) | 1998-02-12 |
| EP0571107A1 (en) | 1993-11-24 |
| NO931790D0 (no) | 1993-05-18 |
| FI98095B (fi) | 1996-12-31 |
| MX9302895A (es) | 1994-02-28 |
| EP0571107B1 (en) | 1998-01-07 |
| FI922263A (fi) | 1993-11-20 |
| DE69316082T2 (de) | 1998-08-27 |
| KR930023710A (ko) | 1993-12-21 |
| JPH0634474A (ja) | 1994-02-08 |
| NO931790L (no) | 1993-11-22 |
| FI922263A0 (fi) | 1992-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI98095C (fi) | Fabry-Perot resonaattoriin perustuva optinen voima-anturi, jossa ilmaisimen osana toimii pyyhkäisevä Fabry-Perot resonaattori | |
| EP0922207B1 (en) | Bourdon tube pressure gauge with integral optical strain sensors for measuring tension or compressive strain | |
| US7379629B1 (en) | Optically coupled resonant pressure sensor | |
| US7605391B2 (en) | Optically coupled resonator | |
| US5528367A (en) | In-line fiber etalon strain sensor | |
| EP0981725B1 (en) | High temperature resonant integrated microstructure sensor | |
| EP1089062A1 (en) | Fiber-optic pressure sensor, variants and method for producing a resilient membrane | |
| JPH1172353A (ja) | 歪分離型光学繊維ブラッグ格子センサー | |
| US5569856A (en) | Differential pressure transducer wherein a bridge connects two pressure diaphragms | |
| FI98094C (fi) | Fabry-Perot resonaattoriin perustuva optinen voima-anturi | |
| US7443509B1 (en) | Optical and electronic interface for optically coupled resonators | |
| CA1203701A (en) | Fiber-optic luminescence sensor utilising interference in a thin layer structure | |
| US5969257A (en) | Pressure measuring membrane with resonant element vibrating orthogonal to membrane movement | |
| EP1722210A2 (en) | Pressure sensor with a vibrating member | |
| CA1334630C (en) | Measuring device | |
| Gustafsson et al. | A fibre optic pressure sensor in silicon based on fluorescence decay | |
| FI95838B (fi) | Sähköisesti säädettävä pintamikromekaaninen Fabry-Perot interferometri käytettäväksi optisen anturin, esimerkiksi Fabry-Perot interferometrin kanssa | |
| EP0768516A1 (en) | Interferometer optical transducer and relative fabrication method | |
| Elwenspoek et al. | Resonant sensors | |
| Langdon | Micromachining of Silicon for Sensors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GB | Transfer or assigment of application |
Owner name: VAISALA TECHNOLOGIES INC., OY |
|
| BB | Publication of examined application | ||
| MA | Patent expired |