一种基于mems工艺的光纤加速度传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，属于光纤传感领域。
【背景技术】
[0002]振动传感器作为一类应用广泛的传感器，主要应用于航空航天、地质勘测、地震预报、环境保护、工业监控等领域。振动传感器的类型较多，按被测物理量来分有位移(振幅)传感器、速度传感器和加速度传感器三种。由于位移、速度和加速度这三个参数可以通过简单的微积分关系相互转换，故三种传感器有时可以通用。加速度传感器通常尺寸比较小、重量轻，且工作频率范围较宽，这在测量时，不仅对试件振动特性的影响小，而且所测得的结果也很接近某个“点”，而不是某个“面”的振动，同时还能够更好地适应振动频率的要求，因而测振传感器一般用加速度传感器。
[0003]加速度计是惯性导航系统和惯性制导系统的重要器件，用来测量运动物体的加速度和线性位移。已有的加速度计种类繁多，而且能够满足现有的绝大多数应用领域的要求，但随着应用需求的变化，要求惯性器件同时具备精度高、体积小、重量轻、耗能低、经济以及易于批量生产等特点，已有的加速度计却很难同时满足这些变化。
[0004]基于MEMS工艺的光纤加速度传感器除了具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、在恶劣环境下使用的独特优点外，还具有体小质轻、动态范围宽、响应快、精度高等优点。近来，随着MEMS工艺与光纤传感技术的结合，这种类型的传感器已经逐渐成为新一代传感器发展的主流方向。
[0005]目前光纤加速度传感器比较成熟的是光纤光栅式加速度传感器，如CN204359817中所述，该类型加速度传感器的解调精度高、技术成熟、具有温度补偿等特点，目前已经开始广泛应用。但同时该类传感器也存在着频率响应偏低、精度偏低等自身的缺点。而国外的相关F-P腔光纤加速度传感器，如US6921894中所述，该结构加速度传感器为在光纤端面一体加工成型，由于激光加工时温度较高，而导致该结构所形成的F-P腔的腔长具有不可控性，使得该结构及工艺的重复性较差。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，该传感器基于MEMS加工工艺，将F-P腔单独加工制作，具有工艺简单可控，一致性好等优点。同时加速度传感器具有较高的灵敏度及响应频率，可以实现高精度加速度的测量。
[0007]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0008]—种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，包括弹性元件、基座、准直管以及光纤；弹性元件为中心带有凸台的结构，凸出位置命名为质量块，平台位置命名为弹性梁；基座为凹槽结构；准直管为中空圆柱体，用于固定光纤；弹性元件、基座与准直管依次固定连接；光纤通过准直管后与基座固定连接；
[0009]所述凹槽底面中心点与弹性元件底面中心点对应，两中心点连成一条直线，该直线即为光纤加速度传感器的中心线；
[0010]需保证所述凹槽底面有部分为平面，且该平面需将凹槽底面中心点包含其中；该平面与弹性元件底面相互平行；
[0011]所述光纤加速度传感器沿竖直方向的中心线左右对称；
[0012]所述弹性元件的材料为硅片；所述基座的材料为二氧化硅；所述准直管的材料为二氧化硅或石英；
[0013]所述的弹性元件与基座采用MEMS工艺连接；所述的准直管与基座采用激光焊接工艺或胶粘技术连接；所述的光纤与准直管采用激光焊接技术或胶粘技术连接。
[0014]所述的弹性元件为薄膜结构，形状为圆形或者矩形；
[0015]所述的基座为矩形或圆形；
[0016]所述凹槽为矩形、圆弧形、圆柱形或其他轴对称的形状；
[0017]工作过程:传感器受到外界的振动时，质量块受到惯性力的作用，弹性梁发生形变，导致由弹性元件与基座形成的F-P腔的腔长发生变化，通过光纤进行信号的传输，再由后端进行信号的处理与分析，得出加速度值。
[0018]有益效果
[0019]1、本发明的一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，基于MEMS加工工艺，将F-P腔单独加工制作，具有工艺简单可控，一致性好等优点；
[0020]2、本发明的一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，具有较高的灵敏度及响应频率，可以实现高精度加速度的测量；
[0021]3、本发明的一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，具有体积小、重量轻、抗电磁干扰等优势。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的一种实施形式传感器的结构示意图；
[0023]图2是本发明的另一种实施形式传感器的结构示意图；
[0024]图3是本发明的一种带有质量块的圆形弹性元件示意图；
[0025]图4是本发明的一种带有质量块的矩形弹性元件示意图。
[0026]其中，101—弹性元件；102—基底；103—准直管；104—光纤；105—弹性梁；106—质量块。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明做以下详细描述。
[0028]实施例1
[0029]如图1、图3所示，本发明的一种基于MEMS工艺的光纤加速度传感器，包括弹性元件101、基座102、准直管103、光纤104。弹性元件101是通过刻蚀工艺将硅片刻蚀成带有质量块106和弹性梁105的结构，质量块106与弹性梁105均为圆柱形；基座102式通过刻蚀工艺将二氧化硅刻蚀成中心带有凹槽的结构，基座102和凹槽均为圆柱形，且圆形尺寸与弹性元件101相同；将弹性元件101与基座102通过S1-Si02键合工艺连接在一起；选取内、外径尺寸分别于光纤104与基座102匹配的准直管103，材料为石英，通过二氧化碳激光器焊接工艺将准直管103与光纤104连接，保证准直管103与光纤104的上表面在同一平面内；将带有光纤104的准直管103上表面与基座102的下表面通过二氧化碳激光器焊接工艺连接在一起。
[0030]传感器受到外界的振动