一種微結構陣列光學位移傳感器的制造方法及其用于檢測微小位移的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于測量技術領域，具體屬于微小位移的檢測技術，其涉及一種微結構陣列光學位移傳感器的制造方法及使用該方法制造的傳感器用于檢測微小位移的方法。
【背景技術】
[0002]傳統的位移傳感器是將光學的信號轉化為位移變化信號。例如中國專利申請第2011101915004號公開了一種光學位移傳感器。傳感器采用正、負兩塊等腰直角三角型石英晶體棱鏡，將位移變化轉化為旋光角度的變化，進而通過檢測接收光強得到位移信息。該傳感器包括順序排列的激光器，第一偏振分束棱鏡，位移傳感元件，第二偏振分束棱鏡，第一光電探測器，第二光電探測器，除法運算器；其中傳感元件由上下兩塊形狀、性能完全相同的旋光率分別為正、負的等腰直角三角型第一石英晶體棱鏡和第二石英晶體棱鏡組成，第一石英晶體棱鏡和第二石英晶體棱鏡相對的兩底面用光學膠膠合成為一整體，第一石英晶體棱鏡和第二石英晶體棱鏡的光軸方向垂直于其相對的兩底面。但是上述方法并結構復雜，此外復雜的結構設計進一步影響了裝配精度，從而降低測量精度。
【發明內容】
[0003]為了解決上述技術問題，本發明提供一種微結構陣列光學位移傳感器的制造方法及使用該方法制造的傳感器用于檢測微小位移的方法，具體包括傳感器制造和微小位移檢測兩部分技術。
[0004]依據本發明的技術方案，一種基于微結構陣列的光學位移傳感器的制造方法，其包括以下步驟:
[0005](I)選擇適合的基底材料，并對基底材料進行鍍膜處理；
[0006](2)設計待加工微結構圖形，并在鍍膜后的基底材料表面進行微結構加工；
[0007](3)將加工后的微結構傳感器與被測物固定；
[0008](4)利用光譜儀測量傳感器位移前后以及過程中光譜特征峰位的變化；
[0009](5)利用光譜的特征位置變化計算被測物體的位移量。
[0010]其中步驟(I)所述的基底材料需要保證表面光滑。步驟(I)對基底材料進行鍍膜的材質包括金、銀、鋁等可以產生光學效應的材料。步驟(I)中鍍膜方法可以是熱蒸鍍或磁控濺射等，鍍膜的厚度為1nm?lOOnm。
[0011]進一步地，步驟(2)設計加工結構圖形包括矩形、正方形、圓形以及各種多邊形等可以產生特征光譜的微結構陣列，微結構周期10nm?10um，結構總體尺寸大于5um。步驟
(2)微結構加工方式包括電火花加工、激光加工、高能粒子束加工和傳統機械加工。
[0012]更進一步地，檢測波長大于400nm，光譜儀測量方式可以為透射式或反射式。
[0013]依據本發明的第二方面，提供一種使用上述基于微結構陣列的光學位移傳感器制造方法制造的傳感器用于檢測微小位移的方法，其包括下述步驟:
[0014](I)將加工后的微結構傳感器與被測物固定；
[0015](2)利用光譜儀測量傳感器位移前后以及過程中光譜特征峰位的變化；
[0016](3)利用光譜的特征位置變化計算被測物體的位移量。
[0017]本發明的有益效果在于，本發明提出的檢測方法能顯著提高微小位移的檢測靈敏度和精度。本發明相對于現有技術而言，具有如下特點:(I)結構簡單(2)可精確測量微小位移(3)反應靈敏度高(4)應用領域廣等。
【附圖說明】
[0018]圖1為使用本發明的位移傳感器進行微小位移檢測的示意圖；
[0019]圖2為第一實施例的材料鍍膜結構示意圖；
[0020]圖3為第一實施例的位移傳感器的微結構示意圖；
[0021]圖4為使用第一實施例的位移傳感器進行微小位移測量結果示意圖；
[0022]圖5為第二實施例的位移傳感器的微結構示意圖；
[0023]圖6為使用第二實施例的位移傳感器進行微小位移測量結果示意圖；
【具體實施方式】
[0024]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。另外地，不應當將本發明的保護范圍僅僅限制至下述具體結構或部件或具體參數。
[0025]本發明依據的理論基礎在于，當金屬薄膜材料表面的微結構發生改變時，其光譜特征峰的位置會發生改變，通過測量在不同區域微結構特征峰的變化，即可以確定樣品的位移量，從而可以構成一種新型的微結構光學位移傳感器。
[0026]基于上述理論基礎，本發明公開了一種微結構陣列光學位移傳感器的制造方法，首先在基底材料表面進行鍍膜，利用微納米加工方法在基底材料上制備具有光譜特征峰的周期微結構陣列；將制備好的器件固定在被測樣品表面，利用光譜儀測量樣品表面基底微結構在位移前后及位移過程中的光譜，最終利用光譜特征峰的位置變化計算樣品的位移量或位移變化量。本發明的微結構陣列光學位移傳感器可以測量微小區域內位移量，且具有測量靈敏度高、檢測速度快的優勢。
[0027]依據本發明的基于微結構陣列光學位移傳感器的制造方法，其通過以下步驟實現:
[0028](I)選擇適合的基底材料，并對基底材料進行鍍膜處理；
[0029](2)設計待加工微結構圖形，并在鍍膜后的基底材料表面進行微結構加工；
[0030](3)將加工后的微結構傳感器固定在樣品表面；
[0031](4)測量傳感器位移前后以及位移過程中的光譜，獲得光譜的特征曲線；
[0032](5)利用光譜的特征曲線變化計算被測物體的位移量。
[0033]其中，步驟(I)所述的基底材料需要保證表面光滑，若用作透射觀察還需保證透光性；對基底材料進行鍍膜的材質包括可以產生光學效應的金、銀、鋁；鍍膜的工藝包括熱蒸鍍、磁控濺射，鍍膜的厚度1nm?lOOnm。步驟(2)設計加工結構圖形包括可以產生特征光譜的矩形、正方形、圓形以及各種多邊形微結構陣列，微結構周期10nm?10um，結構總體尺寸大于5um ;微結構加工方式包括激光加工、高能粒子束加工、電火花加工以及機械加工。步驟(4)中所使用的測量設備為光譜儀，波長大于400nm，測量方式可以為透射式或反射式。
[0034]更近一步地，本發明所提供的微結構陣列光學位移傳感器的制造方法也可以包括以下步驟:步驟(一)制備用于加工微結構的基底材料；步驟(二)在基底材料上制備微結構陣列；步驟(三)將加工好的基底材料固定于被測樣品表面并利用光譜儀檢測位移量；
[0035]其中，步驟(一)包括:
[0036]步驟11，選擇適合加工的基底材料，基底材料選擇光滑平整材料，包括已拋光的石英玻璃、單晶硅片等；將其制備成寬度大于1mm，長依據測量長度而定的矩形；
[0037]步驟12，對材