[发明专利]一种新型法布里-帕罗干涉型MEMS声波传感器

说明书

技术领域

    本发明涉属于传声器技术领域，尤其涉及一种新型法布里-帕罗干涉型MEMS声波传感器。

背景技术

声波是物体的振动在媒质的传播，而声波传感器就是把媒质中的声音信号转化为其他可以检测的物理量，在通过这些物理量从而还原声音信号的装置。近年来，从民用的基于超声诊断的医疗设备，到军事应用中对潜艇目标的探测，声波传感器已经广泛应用各个领域。随着对声波信号的不断探索，未来声波探测器在民用和军事领域的作用将会更加重要。

目前，利用MEMS工艺制作的声波传感器主要有几种技术体制。一、MEMS压电型声波传感器。该麦克风采用压电材料感应外界的声压信号，从而将声压信号转化为电压信号。二、电容式声学腔声波传感器。当声压信号作用于该传感器的薄膜上时，薄膜发生形变使声学腔内的电容发生变化，通过求解电容的变化量和声压之间的关系来还原声音信号。三、光纤薄膜反射式传声器。在专利号201010101144.8中公开了一种光纤麦克风。这种器件是用薄膜感受声音信号的振动，从而导致经过精细研磨的光纤端面到振动薄膜的距离发生变化，使反射的光功率产生变化，最后通过检测光强的变化来还原声音信号。

但是，上述的几类MEMS传声器都存在几个问题。MEMS压电式传感器由于材料的限制灵敏度较低，而且抗电磁干扰能力差；电容式传声器一般采用带声学腔的电容检测装置，其中包括弹性振动膜，检测电容等结构复杂的器件，所以结构比较复杂，由此不仅造成的加工难度较大，此类传声器同样存在抗电磁干扰能力差的缺点。反射式光纤麦克风结构中的光源功率噪声很大程度上影响了反射光强，此外均匀厚度反射薄膜在形变作用导致薄板曲率发生变化，从而反射至光纤中光功率耦合效率不稳定，也带来了输出光信号的不稳定。

发明内容

 本发明的目的是提供一种新型法布里-帕罗干涉型MEMS声波传感器，体积小、抗干扰能力强，且在强电磁干扰环境下稳定性高。

 本发明采用下述技术方案：

一种新型法布里-帕罗干涉型MEMS声波传感器，包括准直器、SOI晶片和设置在SOI晶片下面用于支撑SOI晶片和固定准直器的套管，所述的SOI晶片上加工有声敏感薄膜，所述的准直器固定在套管上，并与其套接且准直器的上端面与声敏感薄膜内表面构成法布里-帕罗干涉仪的两个平行面，两个平行面与SOI晶片的基体构成一个干涉腔；所述套管的中心轴线与SOI晶片上圆形硅膜的中心法线重合，所述插入套管的光纤准直器端面距离声敏感薄膜的距离为100~300μm。

所述声敏感薄膜的中心设置有一圆形凸台，圆形凸台的厚度与声敏感薄膜厚度相等，直径不小于光纤直径。

所述的声敏感薄膜的厚度为2~4μm，半径不大于1000μm。

所述的声敏感薄膜的外缘基底上刻蚀有多个通孔。

所述的准直器与环形套筒上加工有轴向通孔。

所述的通孔为4个。

所述的准直器包括玻璃管和设置在玻璃管两端的透镜和尾纤，所述的尾纤通过玻璃管连接透镜。

本发明利用带尾纤的光纤准直器端面与硅微薄膜内表面构成法布里-帕罗干涉仪的两个平行面，当外界声波产生的压力作用到薄膜上时将导致薄膜发生形变，从而改变法布里-帕罗干涉腔的腔长。通过腔长的变化量与作用在薄膜上的声波振动信号的关系，对F-P腔长变化量的解调实现对声波信号探测。从而为强电磁干扰环境下提供一种抗干扰能力强、微型化、高灵敏度的传声器。

 

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述硅膜的俯视图；

图3本发明一个使用过程中的系统连接图。

具体实施方式

如图1所示，一种新型法布里-帕罗干涉型MEMS声波传感器，包括准直器、SOI晶片和设置在SOI晶片下面用于支撑SOI晶片和固定准直器的套管，由于准直器等均为圆筒状，所以套管为环形套管10。所述的环形套管10为SOI晶片基底提供支撑作用，通过紫外胶将两者粘合在一起，其中环形套管10的中心轴线和SOI晶片上的圆形硅膜的中心法线重合，环形套管10的直径大于光纤准直器的直径。SOI晶片上通过光刻、腐蚀、氧化加工有声敏感薄膜1，所述声敏感薄膜1的中心设置有一圆形凸台2，圆形凸台2的厚度与声敏感薄膜1厚度相等，直径不小于光纤直径。