專利名稱：一種光纖振動傳感頭及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物理領(lǐng)域，尤其涉及光傳導(dǎo)技術(shù)，特別是一種光纖振動傳 感頭及其制作方法。
背景技術(shù)：
振動傳感器所測量的振動信號可以通過振動加速度或振動幅度來表 征，因此振動信號的檢測有基于振動加速度的振動檢測和基于振動幅度的 振動檢測的兩種方案，基于振動加速度的振動檢測是主要的檢測方案?；?于振動加速度的振動檢測裝置有電檢測式振動傳感器和光電檢測式振動傳 感器。
電檢測振動傳感器利用振動敏感機構(gòu)感知振動加速度，振動敏感機構(gòu) 主要由敏感質(zhì)量塊、彈性元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成。電檢測振動傳感器主要包 括電磁感應(yīng)式、電容式和壓電式三種結(jié)構(gòu)方式。在振動加速度的作用卩， 敏感質(zhì)量塊感知振動加速度而產(chǎn)生運動或應(yīng)力變化，帶動與之相連的轉(zhuǎn)換 元件如電磁線圈、電容極板運動或產(chǎn)生壓電晶片的應(yīng)力變化，電磁線圈在 永磁體的磁場中運動切割磁力線而產(chǎn)生感生電壓、電容極板的位置變化改 變電容值的大小、壓電晶片的應(yīng)力變化產(chǎn)生的壓電信號，從而通過電信號 的變化感知振動信號。電檢測振動傳感器的敏感器的電輸出信號一般十分 微弱，需要電信號檢測單元中放大電路提供增益，因此電信號檢測單元與 振動敏感器通常必須封裝在同一封裝結(jié)構(gòu)中構(gòu)成振動傳感器，也就是說電 信號檢測單元與振動敏感器兩者是不能分離的。電檢測振動傳感器同時還 必須自帶電源或外部供電。電檢測振動傳感器的特點是易受到電磁干擾、 信號傳輸距離近、需要電源供電，因此限制電檢測振動傳感器在一些場合 如存在電磁干擾、現(xiàn)場供電困難、遠距離傳輸?shù)膽?yīng)用。
光電檢測式振動傳感器利用光信號檢測物體的振動，包括非接觸式和接觸式兩種主要形式。非接觸式振動傳感器主要是利用光信號直接檢測物 體某部位表面的振動幅度(即位移)來感知振動，屬于絕對振動測量，有 光纖位移檢測、激光三角法、激光器外腔振蕩法等方法。非接觸式振動傳 感器還有一種方式是利用光信號檢測物體某部位表面的振動速度導(dǎo)致的反 射或散射光信號的多普勒頻移來感知振動。接觸式振動傳感器與振動物體 固定連接，利用振動敏感機構(gòu)感知物體振動加速度，振動敏感機構(gòu)主要由 敏感質(zhì)量塊、彈性元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成。由于光纖傳感器體積小、重量輕、 耐腐蝕、抗電磁干擾、適于易燃易爆環(huán)境，敏感質(zhì)量塊通常利用光纖來實 現(xiàn)，稱為光纖振動傳感器或光纖加速度計。光纖振動傳感器根據(jù)敏感原理 可以分為相位調(diào)制型、波長調(diào)制型和光強調(diào)制型。
相位調(diào)制型光纖振動傳感器將振動信號轉(zhuǎn)化為光相位的變化，然后利 用光纖干涉儀，如法布里一珀羅(F — P)干涉儀、邁克爾遜干涉儀、馬赫 一曾德爾(M — Z)干涉儀來檢測相位的變化。這種光纖振動傳感器具有靈 敏度高的優(yōu)點，但光纖干涉儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、存在穩(wěn)定性問題，實用化較為困 難，成本也較高。
波長調(diào)制型光纖振動傳感器基于光纖光柵(FBG)傳感技術(shù)，通過敏 感機構(gòu)帶動FBG應(yīng)力變形，導(dǎo)致FBG反射波長的變化，利用波長解調(diào)得 到振動信號，該方法具有良好的穩(wěn)定性，但波長解調(diào)的困難導(dǎo)致成本很高、 解調(diào)速度不夠快。
光強調(diào)制型光纖振動傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點，可以分 為透射式、偏振式和反射式三種。透射式光纖振動傳感器的發(fā)射光纖與敏 感質(zhì)量塊相固連，而連接探測器的接收光纖與被測體相固接。在振動加速 度的作用下，發(fā)射光纖與接收光纖產(chǎn)生相對位移，接收光纖的光信號強度 受振動加速度調(diào)制。其接收光纖可以為單路，也可以為雙路，采用雙路接 收光纖可以消除光源波動的影響。
偏振式光纖振動傳感器利用雙折射光纖在拉伸和壓縮時產(chǎn)生的光信號偏振特性的變化，利用兩質(zhì)量塊分別放置在彈性圓柱兩端，在振動加速度 的作用下，繞在彈性圓柱兩端的雙折射光纖一根被拉伸、另一根被壓縮， 即兩根光纖的偏振產(chǎn)生相反的變化，利用偏振片檢波后的光強可以檢測振 動加速度的大小。 '
反射式光纖振動傳感器在結(jié)構(gòu)上有發(fā)射光纖與接收光纖、光反射鏡、 敏感質(zhì)量塊、彈性元件。根據(jù)光纖的光軸是否垂直于反射面可以分為正鏡 式和斜鏡式。正鏡反射式光纖振動傳感器的光反射鏡安裝在殼體上，光纖 與敏感質(zhì)量塊相連，有單根光纖直接耦合方式和微透鏡耦合方式兩種。單 根光纖直接耦合方式靈敏度不太高，而單根光纖的微透鏡耦合方式其微透 鏡安裝與彈性膜片上，其安裝復(fù)雜、安裝調(diào)節(jié)精度要求很高。斜鏡反射式 光纖振動傳感器通常采用端部放置敏感質(zhì)量塊的單根懸臂梁，反射鏡安裝 在懸臂梁的端部，有兩種實現(xiàn)方案。 一種是反射鏡法線方向垂直于懸臂梁， 光纖耦合采用兩個單光纖準直器耦合，另一種是反射鏡法線方向平行或接 近平行于懸臂梁，兩根接收光纖和一根發(fā)射光纖通過自聚焦透鏡進行耦合。 這些光纖振動傳感器的通常采用機械加工、手工裝配的方式，傳感器制作 成本高，裝配復(fù)雜，不適合批量生產(chǎn)，另外敏感質(zhì)量塊與懸臂梁的運動阻 尼特性難以控制，導(dǎo)致其頻率響應(yīng)范圍較窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光纖振動傳感頭，所述的這種光纖振動傳 感頭要解決現(xiàn)有技術(shù)中電檢測振動傳感器易受電磁干擾、光檢測振動傳感 器頻率響應(yīng)范圍窄、波長解調(diào)困難、裝配復(fù)雜的技術(shù)問題。
本發(fā)明的這種光纖振動傳感頭由一個振動敏感芯片和一個封裝殼體構(gòu) 成，其中，所述的封裝殼體的上部固定設(shè)置有一個雙光纖準直器或者單光 纖準直器或者三光纖準直器，所述的準直器上連接有光纖，在準直器下方 的封裝殼體內(nèi)設(shè)置有空腔，所述的振動敏感芯片設(shè)置在所述的空腔中，振 動敏感芯片由一個微光反射鏡、 一個硅支撐框架和一個襯底玻璃片構(gòu)成，所述的硅支撐框架與襯底玻璃片鍵合，所述的微光反射鏡設(shè)置在硅支撐框 架內(nèi)，微光反射鏡與襯底玻璃片之間設(shè)置有阻尼空氣腔，微光反射鏡的兩 邊對稱地設(shè)置有扭轉(zhuǎn)軸，所述的扭轉(zhuǎn)軸的一端與硅支撐框架連接，微光反 射鏡由一個硅片構(gòu)成，所述的硅片的上表面覆蓋有一個反射鏡面。
進一步的，所述的雙光纖準直器上連接有一個輸入光纖和一個輸出光 纖。所述的單光纖準直器上連接一根光纖，利用光纖的雙向傳輸特性取代 雙光纖準直器中的一對輸入、輸出光纖。利用雙光纖準直器或單光纖準直 器進行光束擴束準直、光信號的耦合。
進一步的，所述的三光纖準直器上連接有一根輸入光纖、兩個輸出光 纖，利用三光纖準直器實現(xiàn)輸出光信號的差分檢測。
進一步的，所述的反射鏡面由金屬膜作為光反射膜。 進一步的，所述的振動敏感芯片固定在封裝殼體的底面。 本發(fā)明還提供了一種制作上述光纖振動傳感頭的方法，所述的方法中 包括一個制作振動敏感芯片的步驟和一個封裝振動敏感芯片的步驟，其中， 在所述的制作振動敏感芯片的步驟中，首先對硅片進行熱氧化，在硅片上 形成二氧化硅氧化層，其次對氧化后的硅片進行光刻、顯影，將阻尼空氣 腔的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，腐蝕表面二氧化硅氧化層，去膠后將硅片在 KOH溶液中進行濕法腐蝕，腐蝕深度為設(shè)計的阻尼空氣腔的氣隙高度，并 除去二氧化硅氧化層，然后在玻璃片上濺射鋁，并光刻出電極，然后將腐 蝕后的硅片與玻璃片在鍵合機上進行硅一玻璃鍵合，形成內(nèi)有空腔的硅玻 璃鍵合片，然后將內(nèi)有空腔的硅玻璃鍵合片利用硅濕法腐蝕工藝進行整體 減薄，達到設(shè)計的鏡面厚度，之后在減薄后的硅玻璃鍵合片中的硅片表面
濺射金薄膜，并光刻金反射鏡面，接著對硅片進行光刻，并利用DR1E深 刻蝕工藝將多余的硅薄膜部分除去，將非對稱的扭轉(zhuǎn)微反射鏡的微結(jié)構(gòu)進 行釋放，最后經(jīng)過劃片加工后獲得振動敏感芯片，在所述的封裝振動敏感 芯片的步驟中，首先將振動敏感芯片用膠固定在封裝殼體上，利用帶尾纖的光源發(fā)出光信號經(jīng)輸入光纖入射到雙光纖準直器，經(jīng)微透鏡擴束準直后 入射到振動敏感芯片的微光反射鏡上，反射光信號耦合入雙光纖準直器的 輸出光纖，將輸出光纖與一個光功率計連接，根據(jù)光功率計的讀數(shù)調(diào)節(jié)光 學(xué)微調(diào)架以改變微光反射鏡的法線與雙光纖準直器的光軸的相對角度。
進一步的，在所述的封裝振動敏感芯片的步驟中，首先將雙光纖準直 器的耦合效率調(diào)節(jié)到最大，然后采用環(huán)氧樹脂膠對雙光纖準直器和封裝殼 體進行固化或進行激光焊接。在調(diào)節(jié)過程中，設(shè)振動傳感器的加速度最大 量程為ao (單位為重力加速度g)，調(diào)節(jié)其相對角度，將耦合效率大小調(diào)節(jié)
到ao-l處對應(yīng)的耦合效率，由于大小為lg的重力加速度的影響，安裝好 后，工作點正好滿足ao。
本發(fā)明的工作原理是采用MEMS工藝集成制作MEMS振動敏感芯片， MEMS振動敏感芯片基于非對稱扭轉(zhuǎn)微光反射鏡結(jié)構(gòu)。從而實現(xiàn)光纖振動敏 感芯片的批量制作。在MEMS振動敏感芯片中，利用扭轉(zhuǎn)微光反射鏡的扭轉(zhuǎn) 軸作為彈性元件，微光反射鏡自身作為敏感質(zhì)量塊反映振動加速度，反射 鏡面通過在硅薄膜上制作增強光反射率的金薄膜實現(xiàn)。在微光反射鏡的下 方制作微小氣隙的空氣腔來控制扭轉(zhuǎn)的阻尼特性，通過參數(shù)設(shè)計可將阻尼 系數(shù)控制在臨界阻尼或過阻尼狀態(tài)，從而擴大振動傳感器的工作頻率范圍。 將振動敏感芯片與雙光纖準直器耦合，可以構(gòu)成光纖振動傳感頭。
本發(fā)明和已有技術(shù)相對比，其效果是積極和明顯的。本發(fā)明利用MEMS 工藝集成制作MEMS振動敏感芯片，MEMS振動敏感芯片基于非對稱扭轉(zhuǎn)微 光反射鏡結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)了光纖振動敏感芯片的批量制作。在MEMS振動敏 感芯片中，利用扭轉(zhuǎn)微光反射鏡的扭轉(zhuǎn)軸作為彈性元件，微光反射鏡自身 作為敏感質(zhì)量塊反映振動加速度。在微光反射鏡的下方制作微小氣隙的空 氣腔來控制扭轉(zhuǎn)的阻尼特性，通過參數(shù)設(shè)計可將阻尼系數(shù)控制在臨界阻尼 或過阻尼狀態(tài)，從而擴大振動傳感器的工作頻率范圍。本發(fā)明具有可批量 生產(chǎn)，成本低、 一致性好的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的光纖振動傳感頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的光纖振動傳感頭中的振動敏感芯片的振動敏感非對稱 微結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的光纖振動傳感頭中的振動敏感芯片的示意圖。
圖4是本發(fā)明的光纖振動傳感頭中的振動敏感芯片的加工工藝流程圖。
圖5是本發(fā)明的光纖振動傳感頭中的振動敏感芯片的加工工藝流程圖。
圖6是本發(fā)明的光纖振動傳感頭中的振動敏感芯片的加工工藝流程圖。
圖7是本發(fā)明的光纖振動傳感頭中的振動敏感芯片的加工工藝流程圖。
圖8是本發(fā)明的光纖振動傳感頭中的振動敏感芯片的加工工藝流程圖。
圖9是本發(fā)明的光纖振動傳感頭中的振動敏感芯片的加工工藝流程圖。
圖10是本發(fā)明的光纖振動傳感頭中的振動敏感芯片的加工工藝流程圖。
具體實施例方式
如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的光纖振動傳感頭由一個振動敏感 芯片4、 一個雙光纖準直器3和一個封裝殼體5構(gòu)成，所述的雙光纖準直 器3中設(shè)置有一個輸入光纖1和一個輸出光纖2，其中，所述的雙光纖準 直器3固定設(shè)置在封裝殼體5的上部，雙光纖準直器3下方的封裝殼體5 內(nèi)設(shè)置有空腔，所述的振動敏感芯片4設(shè)置在所述的空腔中，振動敏感芯 片4由一個微光反射鏡6、 一個硅支撐框架10和一個襯底玻璃片12構(gòu)成，
9所述的硅支撐框架10與襯底玻璃片12鍵合，所述的微光反射鏡6設(shè)置在
硅支撐框架10內(nèi)，微光反射鏡6與襯底玻璃片12之間設(shè)置有阻尼空氣腔， 微光反射鏡6的兩邊對稱地設(shè)置有扭轉(zhuǎn)軸7，所述的扭轉(zhuǎn)軸7的一端通過 錨點8與硅支撐框架10連接，微光反射鏡6由一個硅片構(gòu)成，所述的硅片 的上表面覆蓋有一個反射鏡面9。
進一步的，所述的反射鏡面9由金膜構(gòu)成。 進一步的，所述的襯底玻璃片12的上表面設(shè)置有金屬電極11。 進一步的，所述的振動敏感芯片4通過連接桿件與封裝殼體5的底面 連接。
如圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9和圖10所示，本發(fā)明還提供了
一種制作上述光纖振動傳感頭的方法，所述的方法中包括一個制作振動敏 感芯片4的步驟和一個封裝振動敏感芯片4的步驟，其中，在所述的制作 振動敏感芯片4的步驟中，首先對硅片進行熱氧化，在硅片上形成二氧化 硅氧化層，其次對氧化后的硅片進行光刻、顯影，將阻尼空氣腔的圖形轉(zhuǎn) 移到光刻膠上，腐蝕表面二氧化硅氧化層，去膠后將硅片在KOH溶液中 進行濕法腐蝕，腐蝕深度為設(shè)計的阻尼空氣腔的氣隙高度，并除去二氧化 硅氧化層，然后在玻璃片上濺射鋁，并光刻出電極，然后將腐蝕后的硅片 與玻璃片在鍵合機上進行硅一玻璃鍵合，形成內(nèi)有空腔的硅玻璃鍵合片， 然后將內(nèi)有空腔的硅玻璃鍵合片利用硅濕法腐蝕工藝進行整體減薄，達到 設(shè)計的鏡面厚度，之后在減薄后的硅玻璃鍵合片中的硅片表面濺射金薄膜， 并光刻金反射鏡面，接著對硅片進行光刻，并利用DRIE深刻蝕工藝將多 余的硅薄膜部分除去，將非對稱的扭轉(zhuǎn)微反射鏡的微結(jié)構(gòu)進行釋放，最后 經(jīng)過劃片加工后獲得振動敏感芯片4，在所述的封裝振動敏感芯片4的步 驟中，首先將振動敏感芯片4用膠固定在封裝殼體上，利用帶尾纖的光源 發(fā)出光信號經(jīng)輸入光纖入射到雙光纖準直器，經(jīng)微透鏡擴束準直后入射到 振動敏感芯片4的微光反射鏡上，反射光信號耦合入雙光纖準直器的輸出光纖，將輸出光纖與一個光功率計連接，根據(jù)光功率計的讀數(shù)調(diào)節(jié)光學(xué)微 調(diào)架以改變微光反射鏡的法線與雙光纖準直器的光軸的相對角度。
進一步的，在所述的封裝振動敏感芯片4的步驟中，首先將雙光纖準 直器的耦合效率調(diào)節(jié)到最大，然后采用環(huán)氧樹脂膠對雙光纖準直器和封裝 殼體進行固化或進行激光焊接。在調(diào)節(jié)過程中，設(shè)振動傳感器的加速度最 大量程為a0 (單位為重力加速度g)，調(diào)節(jié)其相對角度，將耦合效率大小調(diào)
節(jié)到a0-l處對應(yīng)的耦合效率，由于大小為lg的重力加速度的影響，安裝 好后，工作點正好滿足a0。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，光纖振動傳感頭的最大量程為5g。首 先制作MEMS振動敏感芯片。
MEMS振動敏感芯片的制作共需要四塊掩模版，用L-edit軟件繪制版 圖并制版后得到所需要的掩模版。按照發(fā)明內(nèi)容中的實施步驟，具體實施 為
第一步如圖4，選用4英寸N型晶面100的低阻雙拋硅片，硅片厚 度為250 — 300pm，首先硅片將進行熱氧化在硅片表面形成二氧化硅氧化 層，作為下步腐蝕硅工藝的掩模層。選擇低阻硅有利于制作電極。
第二步如圖5，采用第一塊光刻版mask—1，對硅片進行光刻、顯影、 腐蝕表面二氧化硅，然后在KOH溶液中腐蝕出20)im的凹槽，作為微光反 射鏡面與襯底之間的空氣腔的氣隙厚度。
第三步如圖6，取Pyrex7740玻璃片，洗凈后濺射金屬鋁作為襯底 電極，此時，用第二塊光刻版mask—2進行光刻，刻蝕出襯底電極圖形及 PAD。
第四步如圖7，腐蝕好的硅片和玻璃片在靜電鍵合機根據(jù)標準的程 序進行鍵合。
第五步如圖8，對硅玻璃鍵合片進行整體減薄，微光學(xué)反射鏡的厚 度為35pm，需要減薄的厚度為200pm左右。減薄采用硅的濕法腐蝕工藝，通過控制減薄的濕法腐蝕速度來保證整體減薄后的硅片表明非常光滑。
第六步如圖9，在鍵合片的硅片表面濺射金薄膜作為反射薄膜，然
后用第三塊掩模版mask一3進行光刻，刻蝕出反射鏡面。
第七步如圖10，用第四塊掩模版mask一4進行光刻，并釆用深反應(yīng) 離子刻蝕DRIE(Deep Reactive Ion Etching)將不需要的硅薄膜部分除去， 將非對稱的扭轉(zhuǎn)微反射鏡的微結(jié)構(gòu)進行釋放，微反射鏡面的尺寸為80(Vm X900|im。
最后，將圓片進行劃片得到MEMS振動敏感芯片。 之后，進行MEMS振動傳感頭的封裝。具體實施過程是 利用帶尾纖的LD光源發(fā)出的1.55pm波長光信號經(jīng)輸入光纖1入射到 雙光纖準直器3，雙光纖準直器3的光斑直徑為500nm，經(jīng)微透鏡擴束準 直后入射到MEMS振動敏感芯片4的尺寸為800(amX900)am微光反射鏡6 上，反射光信號耦合入雙光纖準直器的輸出光纖2，該輸出光纖與光功率 計相連，根據(jù)光功率計的讀數(shù)調(diào)節(jié)光學(xué)微調(diào)架改變MEMS振動敏感芯片的 微光反射鏡與雙光纖準直器的相對角度。首先使雙光纖準直器的耦合效率 達到最大，即耦合損耗最小。設(shè)振動傳感器的加速度最大量程為5g，調(diào)節(jié) 其相對角度，將耦合效率大小調(diào)節(jié)到4g處對應(yīng)的耦合效率，安裝好后，工 作點正好滿足5g，最后采用環(huán)氧樹脂膠進行固化，得到完整的MEMS振 動傳感頭。
權(quán)利要求
1.一種光纖振動傳感頭，由一個振動敏感芯片和一個封裝殼體構(gòu)成，其特征在于所述的封裝殼體的上部固定設(shè)置有一個雙光纖準直器或者單光纖準直器或者三光纖準直器，所述的準直器上連接有光纖，在準直器下方的封裝殼體內(nèi)設(shè)置有空腔，所述的振動敏感芯片設(shè)置在所述的空腔中，振動敏感芯片由一個微光反射鏡、一個硅支撐框架和一個襯底玻璃片構(gòu)成，所述的硅支撐框架與襯底玻璃片鍵合，所述的微光反射鏡設(shè)置在硅支撐框架內(nèi)，微光反射鏡與襯底玻璃片之間設(shè)置有阻尼空氣腔，微光反射鏡的兩邊對稱地設(shè)置有扭轉(zhuǎn)軸，所述的扭轉(zhuǎn)軸的一端與硅支撐框架連接，微光反射鏡由一個硅片構(gòu)成，所述的硅片的上表面覆蓋有一個反射鏡面。
2. 如權(quán)利要求1所述的光纖振動傳感頭，其特征在于所述的雙光纖準直 器上連接有一根輸入光纖和一根輸出光纖，所述的單光纖準直器連接有 一根兼作輸入和輸出的光纖，所述的三光纖準直器上連接有一根輸入 光纖和兩根輸出光纖。
3. 如權(quán)利要求l所述的光纖振動傳感頭，其特征在于所述的反射鏡面由 金屬膜作為光反射膜。
4. 如權(quán)利要求l所述的光纖振動傳感頭，其特征在于所述的振動敏感芯 片固定在封裝殼體的底面。
5. —種制作如權(quán)利要求1所述的光纖振動傳感頭的方法，包括一個制作振 動敏感芯片的步驟和一個封裝振動敏感芯片的步驟，其特征在于在所 述的制作振動敏感芯片的步驟中，首先對硅片進行熱氧化，在硅片上形 成二氧化硅氧化層，其次對氧化后的硅片進行光刻、顯影，將阻尼空氣 腔的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，腐蝕表面二氧化硅氧化層，去膠后將硅片在 K0H溶液中進行濕法腐蝕，腐蝕深度為設(shè)計的阻尼空氣腔的氣隙高度， 并除去二氧化硅氧化層，然后在玻璃片上濺射鋁，并光刻出電極，然后將腐蝕后的硅片與玻璃片在鍵合機上進行硅一玻璃鍵合，形成內(nèi)有空腔 的硅玻璃鍵合片，然后將內(nèi)有空腔的硅玻璃鍵合片利用硅濕法腐蝕工藝 進行整體減薄，達到設(shè)計的鏡面厚度，之后在減薄后的硅玻璃鍵合片中 的硅片表面濺射金薄膜，并光刻金反射鏡面，接著對硅片進行光刻，并 利用DRIE深刻蝕工藝將多余的硅薄膜部分除去，將非對稱的扭轉(zhuǎn)微反 射鏡的微結(jié)構(gòu)進行釋放，最后經(jīng)過劃片加工后獲得振動敏感芯片，在所 述的封裝振動敏感芯片的步驟中，首先將振動敏感芯片用膠固定在封裝 殼體上，利用帶尾纖的光源發(fā)出光信號經(jīng)輸入光纖入射到雙光纖準直 器，經(jīng)微透鏡擴束準直后入射到振動敏感芯片的微光反射鏡上，反射光 信號耦合入雙光纖準直器的輸出光纖，將輸出光纖與一個光功率計連 接，根據(jù)光功率計的讀數(shù)調(diào)節(jié)光學(xué)微調(diào)架以改變微光反射鏡的法線與雙 光纖準直器的光軸的相對角度。
6.如權(quán)利要求5所述的制作光纖振動傳感頭的方法，其特征在于在所述 的封裝振動敏感芯片的步驟中，首先將雙光纖準直器的耦合效率調(diào)節(jié)到 最大，然后采用環(huán)氧樹脂膠對雙光纖準直器和封裝殼體進行固化或進行 激光焊接。
全文摘要
一種光纖振動傳感頭，由振動敏感芯片、雙光纖準直器和封裝殼體構(gòu)成，雙光纖準直器下方的封裝殼體內(nèi)設(shè)置有空腔，振動敏感芯片設(shè)置在的空腔中，振動敏感芯片由微光反射鏡、硅支撐框架和襯底玻璃片構(gòu)成，硅支撐框架與襯底玻璃片鍵合，微光反射鏡設(shè)置在硅支撐框架內(nèi)，微光反射鏡與襯底玻璃片之間設(shè)置有阻尼空氣腔，微光反射鏡的兩邊對稱地設(shè)置有扭轉(zhuǎn)軸，扭轉(zhuǎn)軸的一端與硅支撐框架連接。利用MEMS工藝集成制作MEMS振動敏感芯片，MEMS振動敏感芯片基于非對稱扭轉(zhuǎn)微光反射鏡結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)批量制作。利用扭轉(zhuǎn)軸作為彈性元件，微光反射鏡自身作為敏感質(zhì)量塊反映振動加速度。利用阻尼空氣腔來控制扭轉(zhuǎn)的阻尼特性。本發(fā)明具有可批量生產(chǎn)，成本低、一致性好的優(yōu)點。
文檔編號G02B26/08GK101608944SQ20081003922
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者吳亞明, 鐘少龍 申請人:上海前所光電科技有限公司