一種光纖法珀聲壓加速度復合傳感器及加工方法與流程

本發明光纖法珀聲壓加速度復合傳感器及加工方法屬于聲壓傳感器技術和加速度傳感器技術領域。

背景技術：

在航空航天、軍工船舶、生物醫學和建筑等領域，需要測量加速度、聲壓等諸多物理量，測量這些物理量離不開傳感器。光纖傳感器包括光纖加速度傳感器、光纖聲壓傳感器作為一種新興的傳感器，得到了快速發展。

光纖法珀傳感器是一種重要的光纖傳感器。光纖法珀傳感器在外界物理量作用下引起法珀腔的腔長變化，從而導致法珀腔的反射率發生變化。基于該原理，通過測量法珀腔的反射率變化，就能夠得到外界物理量的大小。

現階段，光纖法珀傳感器只有共軸型，共軸型傳感器結構簡單，加工方便，制作成本低，但是共軸型光纖法珀腔傳感器尺寸較長，無法貼合于被測物表面使用，而且共軸型光纖法珀腔傳感器的腔長不好控制，使得其穩定性較差。

另外目前的光纖法珀傳感器只能測量一種物理量，如光纖加速度傳感器只能用來測量加速度，光纖聲壓傳感器只能用來測量聲壓，在需要測量多個物理量的情況下需要多個傳感器分別測量各個物理量。而且目前加速度測量領域，加速度的測量易受振動、聲壓等噪聲影響，加速度傳感器的實際應用都需要外加噪聲測量裝置來測量噪聲并對加速度測量信號加以補償，這樣就存在兩個問題，首先外加噪聲測量裝置增加了系統的復雜度、制作難度和成本，其次外加噪聲測量裝置處測得的噪聲并不一定與加速度傳感器的實際噪聲相一致，

為了解決以上問題，需要發展垂直型光纖法珀復合物理量傳感器，不僅能夠使傳感器貼合于被測物表面使用，還能夠測量多個物理量，并提高某些物理量的測量精度。然而，還沒有查閱到垂直型光纖法珀復合物理量傳感器的相關信息。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明公開了一種光纖法珀聲壓加速度復合傳感器及加工方法。該聲壓加速度復合傳感器不僅能夠使傳感器貼合于被測物表面使用，還能夠同時測量加速度和聲壓兩個物理量，并提高加速度信號的測量精度。

本發明的目的是這樣實現的：

一種光纖法珀聲壓加速度復合傳感器，包括一個聲壓薄膜支撐結構，設置在聲壓薄膜支撐結構頂部的聲壓薄膜，一個質量塊支撐結構，設置在質量塊支撐結構頂部的質量塊，所述聲壓薄膜支撐結構和質量塊通過連接結構連接，在聲壓薄膜支撐結構側面對向插入第一光纖和第二光纖，所述第一光纖和第二光纖緊貼聲壓薄膜支撐結構底部；第一光纖和第二光纖相對的兩個端面中至少有一個研拋成45°，45°研拋端面上鍍有反射膜；第一光纖中傳播的光束在45°研拋端面上反射，照射在聲壓薄膜上，第一光纖與聲壓薄膜構成光纖法珀聲壓傳感器；第二光纖中傳播的光束在45°研拋端面上反射，經聲壓薄膜支撐結構底部的通孔照射在質量塊上，第二光纖與質量塊構成光纖法珀加速度傳感器。

一種光纖法珀聲壓加速度復合傳感器的加工方法，包括以下步驟：

步驟a、加工有光纖插口和通孔的聲壓薄膜支撐結構；

步驟b、加工聲壓薄膜；

所述的步驟a和步驟b同步進行或按任意先后順序進行；

步驟c、將聲壓薄膜支撐結構的頂端與聲壓薄膜鍵合在一起；

步驟d、加工質量塊支撐結構；

步驟e、加工從中間向四周由厚變薄結構的上表面鍍有反射膜的質量塊；

所述的步驟d和步驟e同步進行或按任意先后順序進行；

步驟f、將質量塊支撐結構的頂端與質量塊鍵合在一起；

步驟g、加工用于連接聲壓薄膜支撐結構與質量塊的連接結構；

步驟h、將聲壓薄膜支撐結構與質量塊用連接結構鍵合在一起；

步驟i、分別將第一光纖和第二光纖從兩個光纖插口插入，將45°研拋端面與聲壓薄膜支撐結構的底面調整為45°；

步驟j、將第二光纖從另一側光纖插口插入；

步驟k、用膠將聲壓薄膜支撐結構上的光纖插口與光纖的縫隙密封。

上述光纖法珀聲壓加速度復合傳感器的加工方法，所述步驟a包括以下步驟：

步驟a1、加工有光纖插口和通孔的聲壓薄膜支撐結構底座；

步驟a2、加工能夠與聲壓薄膜支撐結構底座配合的聲壓薄膜支撐結構支座；

所述的步驟a1和步驟a2同步進行或按任意先后順序進行；

步驟a3、按照聲壓薄膜支撐結構支座在上，聲壓薄膜支撐結構底座在下的順序將聲壓薄膜支撐結構支座與聲壓薄膜支撐結構底座鍵合，得到聲壓薄膜支撐結構。

上述光纖法珀聲壓加速度復合傳感器的加工方法，所述步驟d包括以下步驟：

步驟d1、加工質量塊支撐結構底座；

步驟d2、加工能夠與質量塊支撐結構底座配合的質量塊支撐結構支座；

所述的步驟d1和步驟d2同步進行或按任意先后順序進行；

步驟d3、按照質量塊支撐結構支座在上，質量塊支撐結構底座在下的順序將質量塊支撐結構支座與質量塊支撐結構底座鍵合，得到質量塊支撐結構。

有益效果：

第一、由于第一光纖從聲壓薄膜支撐結構側面插入，使光纖與法珀腔形成垂直結構，有效減少腔長，進而減少光纖法珀聲壓/加速度傳感器的尺寸，并且能夠貼合于被測物表面使用；

第二、由于光纖插入位置靠近聲壓薄膜支撐結構底部，通過聲壓薄膜支撐結構的底部限定光纖位置，解決了共軸型光纖法珀傳感器穩定性差的問題；

第三、將加速度傳感器與聲壓傳感器集成在一起，能夠同時測量聲壓和加速度兩個物理量，提高了傳感器集成度：

第四、將聲壓傳感器與加速度傳感器集成在一起，聲壓信號能夠作為準確的噪聲補償，對加速度信號加以自動校正，對于加速度信號而言，可以實現在不需要增加信號處理設備的同時，使加速度測量的精度提高一個數量級。

附圖說明

圖1是本發明光纖法珀聲壓加速度復合傳感器具體實施例一的結構示意圖。

圖2是本發明光纖法珀聲壓加速度復合傳感器具體實施例二的結構示意圖。

圖3是本發明光纖法珀聲壓加速度復合傳感器加工方法工藝流程圖。

圖4是聲壓薄膜支撐結構的加工方法工藝流程圖。

圖5是質量塊支撐結構的加工方法工藝流程圖。

圖中：1聲壓薄膜支撐結構、11聲壓薄膜支撐結構底座、12聲壓薄膜支撐結構支座、2聲壓薄膜、3質量塊支撐結構、31質量塊支撐結構底座、32質量塊支撐結構支座、4質量塊、5連接結構、6第一光纖、7第二光纖、8膠。

具體實施方式

下面結合附圖對發明具體實施方式做進一步詳細描述。

具體實施例一

本實施例為光纖法珀聲壓加速度復合傳感器的實施例。

本實施例的光纖法珀聲壓加速度復合傳感器，結構示意圖如圖1所述。該光纖法珀聲壓加速度復合傳感器包括一個聲壓薄膜支撐結構1，設置在聲壓薄膜支撐結構1頂部的聲壓薄膜2，一個質量塊支撐結構3，設置在質量塊支撐結構3頂部的質量塊4，所述聲壓薄膜支撐結構1和質量塊4通過連接結構5連接，在聲壓薄膜支撐結構1側面對向插入第一光纖6和第二光纖7，所述第一光纖6和第二光纖7緊貼聲壓薄膜支撐結構1底部；第一光纖6和第二光纖7相對的兩個端面中至少有一個研拋成45°，45°研拋端面上鍍有反射膜；第一光纖6中傳播的光束在45°研拋端面上反射，照射在聲壓薄膜2上，第一光纖6與聲壓薄膜2構成光纖法珀聲壓傳感器；第二光纖7中傳播的光束在45°研拋端面上反射，經聲壓薄膜支撐結構1底部的通孔照射在質量塊4上，第二光纖7與質量塊4構成光纖法珀加速度傳感器。

在本實施例中，第一光纖6的端面研拋成45°，第二光纖7的端面沒有研拋。

具體實施例二

本實施例為光纖法珀聲壓加速度復合傳感器的實施例。

本實施例的光纖法珀聲壓加速度復合傳感器，結構示意圖如圖2所述。與具體實施例一的不同在于，在本實施例中，第一光纖6和第二光纖7的端面均研拋成45°，且兩個研拋端面重合。

具體實施例三

本實施例為光纖法珀聲壓加速度復合傳感器的加工方法實施例。

本實施例的光纖法珀聲壓加速度復合傳感器的加工方法，工藝流程圖如圖3所示。該方法包括以下步驟：

步驟a、加工有光纖插口和通孔的聲壓薄膜支撐結構1；

步驟b、加工聲壓薄膜2；

所述的步驟a和步驟b同步進行或按任意先后順序進行；

步驟c、將聲壓薄膜支撐結構1的頂端與聲壓薄膜2鍵合在一起；

步驟d、加工質量塊支撐結構3；

步驟e、加工從中間向四周由厚變薄結構的上表面鍍有反射膜的質量塊4；

所述的步驟d和步驟e同步進行或按任意先后順序進行；

步驟f、將質量塊支撐結構3的頂端與質量塊4鍵合在一起；

步驟g、加工用于連接聲壓薄膜支撐結構1與質量塊4的連接結構5；

步驟h、將聲壓薄膜支撐結構1與質量塊4用連接結構5鍵合在一起；

步驟i、分別將第一光纖6和第二光纖7從兩個光纖插口插入，將45°研拋端面與聲壓薄膜支撐結構1的底面調整為45°；

步驟j、將第二光纖7從另一側光纖插口插入；

步驟k、用膠8將聲壓薄膜支撐結構1上的光纖插口與光纖的縫隙密封。

具體實施例四

本實施例為光纖法珀聲壓加速度復合傳感器的加工方法實施例。

本實施例的光纖法珀聲壓加速度復合傳感器的加工方法，在具體實施例三的基礎上，進一步限定步驟a包括以下步驟：

步驟a1、加工有光纖插口和通孔的聲壓薄膜支撐結構底座11；

步驟a2、加工能夠與聲壓薄膜支撐結構底座11配合的聲壓薄膜支撐結構支座12；

所述的步驟a1和步驟a2同步進行或按任意先后順序進行；

步驟a3、按照聲壓薄膜支撐結構支座12在上，聲壓薄膜支撐結構底座11在下的順序將聲壓薄膜支撐結構支座12與聲壓薄膜支撐結構底座11鍵合，得到聲壓薄膜支撐結構1。

聲壓薄膜支撐結構1的加工方法工藝流程圖如圖4所示。

具體實施例五

本實施例為光纖法珀聲壓加速度復合傳感器的加工方法實施例。

本實施例的光纖法珀聲壓加速度復合傳感器的加工方法，在具體實施例三的基礎上，進一步限定步驟d包括以下步驟：

步驟d1、加工質量塊支撐結構底座31；

步驟d2、加工能夠與質量塊支撐結構底座31配合的質量塊支撐結構支座32；

所述的步驟d1和步驟d2同步進行或按任意先后順序進行；

步驟d3、按照質量塊支撐結構支座32在上，質量塊支撐結構底座31在下的順序將質量塊支撐結構支座32與質量塊支撐結構底座31鍵合，得到質量塊支撐結構3。

質量塊支撐結構3的加工方法工藝流程圖如圖5所示。