[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

说明书

本发明公开了一种感振波纹膜片及基于其的光纤加速度传感器与微振动检测系统，该感振波纹膜片包括复合薄膜和多个环形质量块，复合薄膜整体外形为壁厚均匀的盘状结构，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，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，环形质量块的外壁与对应的槽的内壁相吻合，环形质量块的厚度小于槽的深度，环形质量块的上端面紧贴对应的槽顶壁，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。本发明优点：提高微振动检测灵敏度，且实现光纤加速度传感器体积微型化。

技术领域

本发明涉及一种光纤加速度传感器，尤其涉及的是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。

背景技术

干涉型光纤加速度计是基于光学信号检测位移原理的新型加速度计。相比于传统的机械式加速度计,干涉型光纤加速度计具有体积小、重量轻、动态范围大、抗电磁干扰的优点。在组成全光纤惯性系统方面具有重要的应用前景,还可以用于地震监测、安防预警以及桥梁等结构的健康监测。

现有干涉型膜片式光纤加速度计采用简单金属片作为弹性膜片，在其上固定质量块,结构简单，但膜片厚度较厚,应力大，以致灵敏度较低，且探头体积巨大，使用范围小；现有使用MEMS加工技术制作的加速度膜片仍有膜片应力大，材质刚度大等限制。使用强度式解调方案，面临灵敏度低，解调信号不稳等问题；现有相位生成载波技术，面临膜片反射光耦合到光纤的能力低的问题，严重影响了干涉仪的干涉效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了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，以期可以提高检测灵敏度，并且实现光纤加速度传感器体积微型化，此外，光纤加速度传感器无电信号，益于防止金属及电信号探测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种感振波纹膜片，包括复合薄膜和多个环形质量块，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，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。

作为上述感振波纹膜片的优选实施方式，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。

作为上述感振波纹膜片的优选实施方式，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。

作为上述感振波纹膜片的优选实施方式，所述环形质量块和环形支撑块均为硅基材料。

本发明还提供了一种感振波纹膜片的制备方法，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；