[发明专利]一种感振波纹膜片及光纤加速度传感器与微振动检测系统

权利要求书

1.一种感振波纹膜片，包括复合薄膜，所述复合薄膜整体外形为壁厚均匀的盘状结构，所述复合薄膜下表面设有向上凹进的多个槽，多个槽包括一个中心槽和若干环形槽，中心槽和环形槽的深度相同，且中心槽和环形槽分别与复合薄膜同心设置，其特征在于：所述感振波纹膜片还包括多个环形质量块，中心槽和若干环形槽内一一对应的贴覆设置有多个环形质量块，所述环形质量块的外壁与对应的槽的内壁相吻合，所述环形质量块的厚度小于槽的深度，所述环形质量块的上端面紧贴对应的槽顶壁，所述环形质量块的下端面高于复合薄膜的下表面以形成膜片的波纹状。

2.如权利要求1所述的一种感振波纹膜片，其特征在于：所述复合薄膜为由上往下依次层叠设置的反射金属膜、有机物膜和抗刻蚀金属膜组成。

3.如权利要求2所述的一种感振波纹膜片，其特征在于：所述复合薄膜的外缘通过一个环形支撑块来进行支撑，所述环形支撑块与所述复合薄膜同心设置，所述复合薄膜的外缘下方贴覆支撑在环形支撑块上。

4.如权利要求3所述的一种感振波纹膜片，其特征在于：所述环形质量块和环形支撑块均为硅基材料。

5.一种感振波纹膜片的制备方法，其特征在于，所述制备方法按如下步骤依次进行：

步骤一、选取由片状硅基材料制作的硅基盘作为基材，通过等离子体硅基刻蚀技术或湿法刻蚀技术在硅基盘上表面刻蚀出多个相同深度的环形凹槽，使得多个环形凹槽分别与硅基盘同心；

步骤二、在刻蚀有多个环形凹槽的硅基盘上表面溅射一层抗刻蚀金属膜，所述抗刻蚀金属膜完全贴覆在硅基盘的上表面以及多个环形凹槽的底壁和侧壁上，以形成一片完整的膜；

步骤三、在抗刻蚀金属膜上表面旋涂一层有机物膜；

步骤四、在有机物膜上表面溅射一层反射金属膜，由所述反射金属膜、有机物膜和抗刻蚀金属膜共同构成了复合薄膜，所述复合薄膜的厚度小于所述环形凹槽的深度；

步骤五、通过等离子体硅基刻蚀技术由下表面对硅基盘进行深硅刻蚀，直至从下表面裸露出抗刻蚀金属膜且未被刻蚀完的硅基材料下表面高度高于抗刻蚀金属膜的下表面时，停止深硅刻蚀，得到包含未被刻蚀完的硅基材料和复合薄膜的感振波纹膜片，未被刻蚀完的硅基材料形成感振波纹膜片的多个环形质量块。

6.如权利要求5所述的一种感振波纹膜片的制备方法，其特征在于，所述步骤五中，在对硅基盘下表面进行深硅刻蚀前，首先在硅基盘下表面靠近外缘的部位覆上一个环形的抗刻蚀保护层，所述抗刻蚀保护层的外侧壁与硅基盘外缘相对应、内侧壁与位于最外侧的环形凹槽的外侧壁相对应；经过深硅刻蚀后，硅基盘上在与抗刻蚀保护层相对应的部位形成一个环状的环形支撑块，通过环形支撑块对复合薄膜进行支撑。

7.如权利要求5所述的一种感振波纹膜片的制备方法，其特征在于：

所述步骤一中，所述环形凹槽的深度为5～30微米；

所述步骤二中，所述抗刻蚀金属膜的厚度为20～40纳米；

所述步骤三中，所述有机物膜的厚度为100～500纳米；

所述步骤四中，所述反射金属膜的厚度为20～40纳米；

所述步骤五中，停止深硅刻蚀后，未被刻蚀完的硅基材料下表面高于抗刻蚀金属膜的下表面3～8微米。

8.光纤加速度传感器，其特征在于：包括支撑座、感振波纹膜片、套管、光纤，所述感振波纹膜片为如权利要求1至4任一项所述的感振波纹膜片，所述支撑座上端中心开有圆形槽，所述套管固定在支撑座的上端，且所述套管与支撑座的圆形槽围成一个空腔，所述感振波纹膜片设置在支撑座上端且位于空腔内，所述振波纹膜片将所述空腔分隔为上下排列的上空气腔和下空气腔，所述光纤从所述套管上端向下伸入所述上空气腔内且位于感振波纹膜片上方，所述光纤伸入上空气腔内的端面为球形光纤端面，所述圆形槽、感振波纹膜片和光纤的中心线位于同一条竖直线上。

9.微振动检测系统，其特征在于：包括激光器、光纤耦合器、光纤加速度传感器、调制解调仪、压电陶瓷，所述光纤加速度传感器为权利要求8所述的光纤加速度传感器，所述光纤耦合器的输入端与激光器通过光路连接，所述光纤耦合器的两个输出端分别连接两路光纤，两路光纤分别为第一路光纤和第二路光纤，所述第一路光纤连接至所述光纤加速度传感器，所述第二路光纤缠绕在所述压电陶瓷上后向外伸出，所述第二路光纤的外端端面为零角度光纤端面，所述调制解调仪与光纤耦合器之间通过光路连接，所述调制解调仪与压电陶瓷之间通过电缆线连接，由所述光纤加速度传感器与零度角光纤端面共同构建的迈克尔逊干涉仪来拾取外界的微振动信号，并反馈给调制解调仪，调制解调仪通过控制压电陶瓷对迈克尔逊干涉仪进行调制。