专利名称：光纤珐珀加速度和压力传感器及其制造方法
技术领域：
本发明属于光纤传感技术领域，特别是涉及一种光纤加速度和压力传感器及其制造方法
背景技术：
近年来，随着生物、医学、能源、环境、航天航空、军事等领域的快速发展，对传感器 的微型化、轻量化、低能耗、耐恶劣环境能力等提出了非常迫切的要求，微纳传感器已成为 国际上的重大科技前沿热点之一。激光微加工技术的迅猛发展为研究新一代微纳光纤传感器 件提供了新的技术手段，因此如何应用激光等现代微纳米加工技术在光纤上实现各种微纳功 能性传感器件是未来光纤传感器发展的重要趋势，也是传感器大领域中的一个十分前沿、重 大的科学课题。
基于MEMS的微纳传感器都是基于电参数测量的原理，在耐恶劣环境能力方面还存在诸多 问题，特别是难以在高温(60(TC以上)、低温(-6(TC以下)、强电磁干扰、易燃易爆环境 等恶劣条件下工作，从而极大地限制了MEMS传感器在许多重要领域的特殊应用，如航天航空 、能源、化工、生物医学等。在传感器的大家族中，光纤传感器具有本质安全、不受电磁干 扰、便于联网与远距离遥测、适于恶劣环境等一系列优点，已逐渐成为新一代传感器技术的 主流发展方向之一。
光纤加速度传感器近年来受到了极大的关注，目前已经有多种光纤加速度传感器，比如 :环形腔干涉仪加速度计、布拉格光纤光栅加速度计、组合式光纤珐珀加速度计等。这些加 速度传感器共同的缺点就是需要有其它结构配合才能构成加速度传感器，如质量块、横梁或 弹簧等，尺寸较大，难于用在高温环境中，且传感器的制作重复性有待提高。US6921894公 开了一种微光纤珐珀加速度计，通过弹簧将光纤和质量块连接起来，具有重复性不好、温度 敏感性高、不利于规模化制造、光学性能较差等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不需要有其它结构配合的光纤加速度和压力传感器。
本发明还要提供一种上述光纤法珀加速度和压力传感器的制造方法，可以规模化制造各 种量程的法珀加速度和压力传感器。本发明解决技术问题所采用的技术方案是光纤珐珀加速度和压力传感器，包括光纤和 被接光纤，在所述光纤的端面有微槽，在所述被接光纤上有突起，所述光纤和被接光纤通过 对接连接在一起，形成珐珀腔和膜片，所述珐珀腔的光学反射面是平面。
进一步的，所述突起设置在微槽内。
进一步的，所述突起设置在微槽外。
进一步的，所述突起有2个，分别设置在被接光纤的两端。 光纤珐珀加速度和压力传感器的制造方法，该方法包括以下步骤
1) 在光纤的端面加工微槽；
2) 在被接光纤的端面加工一个突起；
3) 将步骤1和步骤2所形成的光纤对接在一起，形成珐珀腔，制成光纤珐珀加速度和压 力传感器。
进一步的，所述步骤3是将被接光纤有突起的一端与光纤上有微槽的一端焊接，再将被 接光纤的外端面切割形成膜片。
进一步的，所述步骤3是将被接光纤有突起的一端与光纤上有微槽的一端焊接，再将被 接光纤的另一端加工一个突起，并形成膜片。
进一步的，所述加工是采用紫外激光加工、飞秒激光加工、红外激光加工或电子束刻蚀
进一步的，所述微槽是圆柱形、长方体形或立方体形。
进一步的，所述对接是采用激光熔接、电弧熔接、镀膜对接或粘接。
本发明的有益效果是本发明不需要有其它结构配合，当传感器感受到外界加速度、压 力时，法珀腔的腔长会发生改变，通过测试腔长的改变就可以得到相应的测试量；另外，由 于本发明的光学反射面是平面，因此光学性能好。本发明可以作为加速度和压力传感器，通 过改变膜片的厚度或形状、硬质量中心的长短或重量，来改变传感器的量程。
图l是本发明实施例l的步骤l的光纤的剖视图； 图2是本发明实施例1的步骤2的光纤的剖视图； 图3是本发明实施例1的步骤3的光纤的剖视图4是本发明实施例1的光纤珐珀加速度和压力传感器的剖视图； 图5是本发明实施例2的光纤珐珀加速度和压力传感器的剖视图； 图6是本发明实施例3的光纤珐珀加速度和压力传感器的剖视图；图7是本发明实施例1的光纤珐珀加速度和压力传感器的光谱图。
具体实施例方式
实施例l
步骤l、在石英光纤l上用157nm紫外激光加工一深为100微米微槽4，如图l所示； 步骤2、将被接光纤2的端面用157nm紫外激光加工一个长60微米的突起3，如图2所示； 步骤3、将步骤1和步骤2所形成的光纤焊接在一起，形成珐珀腔5，其中被接光纤2有突
起3的一端与光纤1上有微槽4的一端焊接，如图3所示；
步骤4、将被接光纤2的外端面切割形成膜片6，即制成本发明的带有硬质量中心(即突
起3)的光纤珐珀加速度和压力传感器，如图4所示，传感器的光谱图如图7所示。
使用时，传感器感受到压力和加速度时，珐珀腔5的腔长将会发生变化，通过测量腔长
的变化来测试外界的压力和加速度。 实施例2
步骤l、在宝石光纤1上用飞秒激光加工一深为40微米微槽4;
步骤2、与被接光纤2焊接在一起，形成珐珀腔5，将被接光纤2的另一端利用激光加工一 个突起3，并形成膜片6，这样就形成了有硬质量中心(即突起3)的加速度和压力传感器， 如图5所示。
实施例3
步骤l、在光纤1上加工一深为100微米微槽4;
步骤2、将被接光纤2的端面用157nm紫外激光加工一个长60微米的突起3;
步骤3、将步骤1和步骤2所形成的光纤焊接在一起，形成珐珀腔5，其中被接光纤2有突 起3的一端与光纤1上有微槽4的一端焊接；
步骤4、将被接光纤2的另一端加工一个突起3，并形成膜片6，这样就形成了有硬质量中 心的加速度和压力传感器，如图6所示，这样的传感器的灵敏度更高。
本发明可在突起3的外端面上镀上一层重金属膜7，如图6所示，这样可增加硬质量中心 的质量，提高传感器的灵敏度，重金属膜7包括金、银、铜或铂膜；本发明的膜片6可以通过 激光刻蚀成各种形状，如圆形、距形等，但最好是距形(即膜片6的纵截面图是距形)；本 发明的珐珀腔5的两个光学反射面上可以镀反射膜来提高光学信号强度，以提高传感器的精 度；本发明的珐珀腔5的非光学反射面可以加工成与光纤轴不垂直的斜面，以减少其反射光 对珐珀腔5的干扰，从而提高测量精度；本发明的珐珀腔5的腔长最好小于200微米；本发明 的突起3可以是圆柱体、长方体等形状；本发明的光纤1和被接光纤2采用石英、聚合物、宝石或光子晶体材料制成的单模或多模光纤，这些都属于本发明的保护范围。
权利要求
权利要求1光纤珐珀加速度和压力传感器，包括光纤(1)和被接光纤(2)，其特征在于在所述光纤(1)的端面有微槽(4)，在所述被接光纤(2)上有突起(3)，所述光纤(1)和被接光纤(2)通过对接连接在一起，形成珐珀腔(5)和膜片(6)，所述珐珀腔(5)的光学反射面是平面。
2 如权利要求l所述的光纤珐珀加速度和压力传感器，其特征在于 所述突起(3)设置在微槽(4)内。
3 如权利要求l所述的光纤珐珀加速度和压力传感器，其特征在于 所述突起(3)设置在微槽(4)夕卜。
4 如权利要求l所述的光纤珐珀加速度和压力传感器，其特征在于 所述突起(3)有2个，分别设置在被接光纤(2)的两端。
5 光纤珐珀加速度和压力传感器的制造方法，其特征在于该方法 包括以下步骤1) 在光纤(1)的端面加工微槽(4);2) 在被接光纤(2)的端面加工一个突起(3);3) 将步骤1和步骤2所形成的光纤对接在一起，形成珐珀腔(5)，制成光纤珐珀加速 度和压力传感器。
6 如权利要求5所述的光纤珐珀加速度和压力传感器的制造方法，其 特征在于所述步骤3是将被接光纤(2)有突起(3)的一端与光纤(1)上有微槽(4)的 一端焊接，再将被接光纤(2)的外端面切割形成膜片(6)。
7 如权利要求5所述的光纤珐珀加速度和压力传感器的制造方法，其 特征在于所述步骤3是将被接光纤(2)有突起(3)的一端与光纤(1)上有微槽(4)的 一端焊接，再将被接光纤(2)的另一端加工一个突起(3)，并形成膜片(6)。
8 如权利要求5所述的光纤珐珀加速度和压力传感器的制造方法，其 特征在于所述加工是采用紫外激光加工、飞秒激光加工、红外激光加工或电子束刻蚀。
9.如权利要求5所述的光纤珐珀加速度和压力传感器的制造方法，其 特征在于所述微槽(4)是圆柱形、长方体形或立方体形。
10.如权利要求5所述的光纤珐珀加速度和压力传感器的制造方法， 其特征在于所述对接是采用激光熔接、电弧熔接、镀膜对接或粘接。
全文摘要
本发明提供一种不需要有其它结构配合的光纤加速度和压力传感器。光纤珐珀加速度和压力传感器，包括光纤和被接光纤，在所述光纤的端面有微槽，在所述被接光纤上有突起，所述光纤和被接光纤通过对接连接在一起，形成珐珀腔和膜片，所述珐珀腔的光学反射面是平面。本发明不需要有其它结构配合，当传感器感受到外界加速度、压力时，法珀腔的腔长会发生改变，通过测试腔长的改变就可以得到相应的测试量；另外，由于本发明的光学反射面是平面，因此光学性能好。本发明可以作为加速度和压力传感器，通过改变膜片的厚度或形状、硬质量中心的长短或重量，来改变传感器的量程。
文档编号G01L11/02GK101424697SQ20081030531
公开日2009年5月6日 申请日期2008年10月31日 优先权日2008年10月31日
发明者冉曾令, 饶云江 申请人:冉曾令