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    重庆时时彩开奖号码图: MEMS光纤微弯压力传感器及其制备方法.pdf

    关 键 词:
    MEMS 纤微 压力传感器 及其 制备 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201510983917.2

    申请日:

    2015.12.24

    公开号:

    CN105606276A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01L 1/24申请日:20151224|||公开
    IPC分类号: G01L1/24 主分类号: G01L1/24
    申请人: 中北大学
    发明人: 贾平岗; 房国成; 熊继军; 梁庭; 谭秋林; 洪应平; 陈晓勇; 薛晨阳; 刘俊; 张文栋
    地址: 030051 山西省太原市尖草坪区学院路3号
    优先权:
    专利代理机构: 太原科卫专利事务所(普通合伙) 14100 代理人: 朱源
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510983917.2

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.06.12|||2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明为一种MEMS光纤微弯压力传感器及其制备方法,其包括两片带有齿槽和光纤安置槽的单晶硅片,两单晶硅片之间的光纤安置槽内安置有光纤,光纤上被齿槽覆盖的部分进行拉锥处理,齿槽与光纤之间形成密闭腔体。当有外界压力作用于硅片时,硅片受压变形使齿纹压迫拉锥光纤产生弯曲,从而产生光纤微弯损耗,利用光电探测器读出输入输出光强的变化,即可反映外界压力。本发明MEMS光纤微弯压力传感器具有解调系统简单、灵敏度高、耐高温性能好、适合批量生产、成本低等优点。

    权利要求书

    1.一种MEMS光纤微弯压力传感器,其特征在于:包括上硅膜片(1)、下硅膜片(2)和光纤(3);其中,上硅膜片(1)的底面上刻蚀有若干个间隔布置的齿槽(4),上硅膜片(1)的底面上沿其长度方向的中线位置上刻蚀有光纤安置槽(5);下硅膜片(2)的顶面上刻蚀有若干个间隔布置的齿槽(4),下硅膜片(2)的顶面上沿其长度方向的中线位置上刻蚀有光纤安置槽(5);上硅膜片(1)和下硅膜片(2)键合后,上硅膜片(1)的齿槽(4)和下硅膜片(2)的齿槽(4)为错开布置,上硅膜片(1)的光纤安置槽(5)和下硅膜片(2)的光纤安置槽(5)对合,光纤(3)安置在对合的光纤安置槽(5)内且光纤(3)的两端伸于上、下硅膜片(1、2)之外,光纤(3)上被齿槽(4)覆盖的部分进行了拉锥,上、下硅膜片(1、2)两侧的光纤安置槽(5)槽口处涂覆有密封胶。2.根据权利要求1所述的MEMS光纤微弯压力传感器,其特征在于:所述的光纤(3)为单模光纤、多模光纤或塑料光纤。3.根据权利要求1或2所述的MEMS光纤微弯压力传感器,其特征在于:所述的光纤(3)进行?;ば酝扛?。4.根据权利要求1或2所述的MEMS光纤微弯压力传感器,其特征在于:所述的上硅膜片(1)和下硅膜片(2)的材质由派热克斯玻璃或石英玻璃替换。5.根据权利要求3所述的MEMS光纤微弯压力传感器,其特征在于:所述的上硅膜片(1)和下硅膜片(2)的材质由派热克斯玻璃或石英玻璃替换。6.如权利要求1所述的MEMS光纤微弯压力传感器的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:1)在标准4寸单晶硅片A上划若干长方形划片单元,利用ICP刻蚀技术在每个划片单元长度方向的中线上刻蚀出光纤安置槽(5);利用深硅刻蚀工艺,在每个划片单元中刻蚀出若干个间隔布置的齿槽(4);2)用与步骤1)同样的方法在标准4寸单晶硅片B上刻蚀出同样的光纤安置槽(5)和齿槽(4),不同的是单晶硅片B上每个划片单元中的齿槽(4)位置与单硅晶片A上每个划片单元中的齿槽(4)位置错开布置;3)使用划片刀将单晶硅片A、B上的若干长方形划片单元按行划开,从单晶硅片A上划下来的长方形划片单元行与从单晶硅片B上划下来的长方形划片单元行相配合组对,在任一长方形划片单元行上的光纤安置槽(5)内安置事先拉制好的光纤(3),然后通过阳极键合技术将两长方形划片单元行键合在一起,键合后每两个相对的长方形划片单元组成一个传感器单元,将若干传感器单元划开;4)将每个传感器单元两侧的光纤安置槽(5)槽口处涂覆密封胶,密封齿槽腔体并固定光纤,即得所述的MEMS光纤微弯压力传感器。7.根据权利要求6所述的MEMS光纤微弯压力传感器的制备方法,,其特征在于:所述的光纤(3)为单模光纤、多模光纤或塑料光纤。8.根据权利要求6或7所述的MEMS光纤微弯压力传感器的制备方法,其特征在于:所述的光纤(3)进行?;ば酝扛?。9.根据权利要求6或7所述的MEMS光纤微弯压力传感器的制备方法,其特征在于:所述的标准4寸单晶硅片A和单晶硅片B由派热克斯玻璃或石英玻璃替换。10.根据权利要求9所述的MEMS光纤微弯压力传感器的制备方法,其特征在于:所述的标准4寸单晶硅片A和单晶硅片B由派热克斯玻璃或石英玻璃替换。

    说明书

    MEMS光纤微弯压力传感器及其制备方法

    技术领域

    本发明属于光纤传感技术领域,具体是一种MEMS光纤微弯压力传感器及其制备方法。

    背景技术

    近年来,随着国防、航空航天、能源、环境、电力、汽车等领域的迅猛发展,对压力传感器的微型化、低耗能、耐恶劣环境等要求提出了更高的要求。光纤式压力传感器因其具有较好的隐身性,较高的测量精度和灵敏度、较快的动态响应速度,测量范围宽,本质安全,不受电磁干扰等优点,受到越来越多的关注。

    目前,常见的光纤式压力传感器为法珀压力传感器,主要利用密闭的法布里—珀罗腔作为压力敏感腔。但法珀压力传感器存在反射面需要提高反射率、解调系统复杂等问题。光纤微弯压力传感器利用光纤微弯损耗原理,本质上属于光强调制型传感器,解调系统简单。中国发明专利CN87107210公开了一种“微弯光纤应力计”,其是利用两对具有错位齿的板和夹在板中间的光纤制作而成。该方法存在应力计尺寸较大,齿对位困难等问题。

    发明内容

    本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题,而提供一种MEMS光纤微弯压力传感器及其制备方法。

    本发明是通过如下技术方案实现的:

    一种MEMS光纤微弯压力传感器,包括上硅膜片、下硅膜片和光纤;其中,上硅膜片的底面上刻蚀有若干个间隔布置的齿槽,上硅膜片的底面上沿其长度方向的中线位置上刻蚀有光纤安置槽;下硅膜片的顶面上刻蚀有若干个间隔布置的齿槽,下硅膜片的顶面上沿其长度方向的中线位置上刻蚀有光纤安置槽;上硅膜片和下硅膜片键合后,上硅膜片的齿槽和下硅膜片的齿槽为错开布置,上硅膜片的光纤安置槽和下硅膜片的光纤安置槽对合,光纤安置在对合的光纤安置槽内且光纤的两端伸于上、下硅膜片之外,光纤上被齿槽覆盖的部分进行了拉锥,上、下硅膜片两侧的光纤安置槽槽口处涂覆有密封胶,上、下硅膜片的齿槽与光线之间形成密闭腔体。

    由于腔体为密闭腔体,当有外界压力作用于上硅膜片或下硅膜片时,硅膜片受压变形,带动齿纹压迫拉锥光纤产生弯曲,使光在光纤内传输产生损耗。利用光电探测器读出光的输入和输出强度,就可以表征外界环境压力。

    作为优选方案,所述的光纤为单模光纤、多模光纤或塑料光纤。

    作为优选方案,所述的光纤进行了?;ば酝扛?,如加强机械性能涂覆、耐高温涂覆等。

    作为优选方案,所述的上硅膜片和下硅膜片的材质由派热克斯玻璃或石英玻璃替换。

    本发明所述的MEMS光纤微弯压力传感器的制备方法,包括如下步骤:

    1)在标准4寸单晶硅片A上划若干长方形划片单元,利用ICP刻蚀技术在每个划片单元长度方向的中线上刻蚀出光纤安置槽(光纤安置槽的尺寸由安置于其中的光纤尺寸确定);利用深硅刻蚀工艺,在每个划片单元中刻蚀出若干个间隔布置的齿槽(齿槽的刻蚀深度决定硅膜片的厚度,齿槽的间隔决定齿纹周期);

    2)用与步骤1)同样的方法在标准4寸单晶硅片B上刻蚀出同样的光纤安置槽和齿槽,不同的是单晶硅片B上每个划片单元中的齿槽位置与单硅晶片A上每个划片单元中的齿槽位置错开布置;

    3)使用划片刀将单晶硅片A、B上的若干长方形划片单元按行划开,从单晶硅片A上划下来的长方形划片单元行与从单晶硅片B上划下来的长方形划片单元行相配合组对,在任一长方形划片单元行上的光纤安置槽内安置事先拉制好的光纤,然后通过阳极键合技术将两长方形划片单元行键合在一起,键合后每两个相对的长方形划片单元组成一个传感器单元,将若干传感器单元划开;

    4)将每个传感器单元两侧的光纤安置槽槽口处涂覆有密封胶,密封齿槽腔体并固定光纤,即得所述的MEMS光纤微弯压力传感器。

    作为优选方案,上述制备过程中,所述的光纤可以选择单模光纤、多模光纤或塑料光纤。所述的光纤可进行?;ば酝扛?,如加强机械性能涂覆、耐高温涂覆等。所述的标准4寸单晶硅片A和单晶硅片B也可以由派热克斯玻璃或石英玻璃替换,而由派热克斯玻璃或石英玻璃制备时,其相应的刻蚀方法也应改变,这是本领域技术人员所容易实现的。

    本发明与现有技术相比,其有益技术效果如下:1)传感器为强度解调型,解调系统简单;2)适合批量生产,成本低;3)耐高温性能良好。

    附图说明

    图1为本发明传感器的结构示意图。

    图2为本发明传感器制备过程中刻蚀了光纤安置槽的长方形划片单元。

    图3为图2的右视图。

    图4为本发明传感器制备过程中刻蚀了光纤安置槽和齿槽的长方形划片单元(即上硅膜片或下硅膜片)。

    图5为图4的右视图。

    图中:1-上硅膜片、2-下硅膜片、3-光纤、4-齿槽、5-光纤安置槽。

    具体实施方式

    以下结合附图对本发明作进一步的说明:

    如图1所示,一种MEMS光纤微弯压力传感器,包括上硅膜片1、下硅膜片2和光纤3;其中,上硅膜片1的底面上刻蚀有若干个间隔布置的齿槽4,上硅膜片1的底面上沿其长度方向的中线位置上刻蚀有光纤安置槽5;下硅膜片2的顶面上刻蚀有若干个间隔布置的齿槽4,下硅膜片2的顶面上沿其长度方向的中线位置上刻蚀有光纤安置槽5;上硅膜片1和下硅膜片2键合后,上硅膜片1的齿槽4和下硅膜片2的齿槽4为错开布置,上硅膜片1的光纤安置槽5和下硅膜片2的光纤安置槽5对合,光纤3安置在对合的光纤安置槽5内且光纤3的两端伸于上、下硅膜片1、2之外,光纤3上被齿槽4覆盖的部分进行了拉锥,上、下硅膜片1、2两侧的光纤安置槽5槽口处涂覆有密封胶。

    上述MEMS光纤微弯压力传感器的制备方法,包括如下步骤:

    1)在厚度为300μm的标准4寸单晶硅片A上划若干长为6600μm、宽为3600μm的长方形划片单元,利用ICP刻蚀技术在每个划片单元长度方向的中线上刻蚀出长6600mm、宽30μm、深15μm的光纤安置槽5,如图2、3所示;利用深硅刻蚀工艺,在每个划片单元中刻蚀出若干个间隔布置的齿槽4,齿槽4长278μm、宽3000μm、深92μm,齿槽4之间间隔为30μm,即齿纹宽度为30μm,如图4、5所示;

    2)用与步骤1同样的方法在标准4寸单晶硅片B上刻蚀出同样的光纤安置槽5和齿槽4,不同的是单晶硅片B上每个划片单元中的齿槽4位置与单硅晶片A上每个划片单元中的齿槽4位置错开布置;

    3)使用划片刀将单晶硅片A、B上的若干长方形划片单元按行划开,从单晶硅片A上划下来的长方形划片单元行与从单晶硅片B上划下来的长方形划片单元行相配合组对,在任一长方形划片单元行上的光纤安置槽5内安置事先拉制好直径为30μm的光纤3,然后通过阳极键合技术将两长方形划片单元行键合在一起,键合后每两个相对的长方形划片单元组成一个传感器单元,将若干传感器单元划开;

    4)将每个传感器单元两侧的光纤安置槽5槽口处涂覆有密封胶,密封齿槽腔体并固定光纤,即得所述的MEMS光纤微弯压力传感器。

    具体实施时,所述的光纤3可以由单模光纤、多模光纤或塑料光纤进行替换;所述的光纤3可以进行?;ば酝扛?,如加强机械性能涂覆、耐高温涂覆等;所述的上硅膜片1和下硅膜片2的材质可以由派热克斯玻璃或石英玻璃替换,即在制备时,可以将单晶硅片A、B用派热克斯玻璃或石英玻璃来进行替换,但是在刻蚀光纤安置槽5和齿槽4时要改变相应的刻蚀方法,这是本领域技术人员所容易实现的。

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