[發(fā)明專利]一種感振波紋膜片及光纖加速度傳感器與微振動檢測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810298328.4
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108663538B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 時金輝;俞本立;甄勝來;吳許強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03;G01H9/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 孫琴

1.一種感振波紋膜片，包括復(fù)合薄膜，所述復(fù)合薄膜整體外形為壁厚均勻的盤狀結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合薄膜下表面設(shè)有向上凹進(jìn)的多個槽，多個槽包括一個中心槽和若干環(huán)形槽，中心槽和環(huán)形槽的深度相同，且中心槽和環(huán)形槽分別與復(fù)合薄膜同心設(shè)置，其特征在于：所述感振波紋膜片還包括多個環(huán)形質(zhì)量塊，中心槽和若干環(huán)形槽內(nèi)一一對應(yīng)的貼覆設(shè)置有多個環(huán)形質(zhì)量塊，所述環(huán)形質(zhì)量塊的外壁與對應(yīng)的槽的內(nèi)壁相吻合，所述環(huán)形質(zhì)量塊的厚度小于槽的深度，所述環(huán)形質(zhì)量塊的上端面緊貼對應(yīng)的槽頂壁，所述環(huán)形質(zhì)量塊的下端面高于復(fù)合薄膜的下表面以形成膜片的波紋狀。

2.如權(quán)利要求1所述的一種感振波紋膜片，其特征在于：所述復(fù)合薄膜為由上往下依次層疊設(shè)置的反射金屬膜、有機(jī)物膜和抗刻蝕金屬膜組成。

3.如權(quán)利要求2所述的一種感振波紋膜片，其特征在于：所述復(fù)合薄膜的外緣通過一個環(huán)形支撐塊來進(jìn)行支撐，所述環(huán)形支撐塊與所述復(fù)合薄膜同心設(shè)置，所述復(fù)合薄膜的外緣下方貼覆支撐在環(huán)形支撐塊上。

4.如權(quán)利要求3所述的一種感振波紋膜片，其特征在于：所述環(huán)形質(zhì)量塊和環(huán)形支撐塊均為硅基材料。

5.一種感振波紋膜片的制備方法，其特征在于，所述制備方法按如下步驟依次進(jìn)行：

步驟一、選取由片狀硅基材料制作的硅基盤作為基材，通過等離子體硅基刻蝕技術(shù)或濕法刻蝕技術(shù)在硅基盤上表面刻蝕出多個相同深度的環(huán)形凹槽，使得多個環(huán)形凹槽分別與硅基盤同心；

步驟二、在刻蝕有多個環(huán)形凹槽的硅基盤上表面濺射一層抗刻蝕金屬膜，所述抗刻蝕金屬膜完全貼覆在硅基盤的上表面以及多個環(huán)形凹槽的底壁和側(cè)壁上，以形成一片完整的膜；

步驟三、在抗刻蝕金屬膜上表面旋涂一層有機(jī)物膜；

步驟四、在有機(jī)物膜上表面濺射一層反射金屬膜，由所述反射金屬膜、有機(jī)物膜和抗刻蝕金屬膜共同構(gòu)成了復(fù)合薄膜，所述復(fù)合薄膜的厚度小于所述環(huán)形凹槽的深度；

步驟五、通過等離子體硅基刻蝕技術(shù)由下表面對硅基盤進(jìn)行深硅刻蝕，直至從下表面裸露出抗刻蝕金屬膜且未被刻蝕完的硅基材料下表面高度高于抗刻蝕金屬膜的下表面時，停止深硅刻蝕，得到包含未被刻蝕完的硅基材料和復(fù)合薄膜的感振波紋膜片，未被刻蝕完的硅基材料形成感振波紋膜片的多個環(huán)形質(zhì)量塊。

6.如權(quán)利要求5所述的一種感振波紋膜片的制備方法，其特征在于，所述步驟五中，在對硅基盤下表面進(jìn)行深硅刻蝕前，首先在硅基盤下表面靠近外緣的部位覆上一個環(huán)形的抗刻蝕保護(hù)層，所述抗刻蝕保護(hù)層的外側(cè)壁與硅基盤外緣相對應(yīng)、內(nèi)側(cè)壁與位于最外側(cè)的環(huán)形凹槽的外側(cè)壁相對應(yīng)；經(jīng)過深硅刻蝕后，硅基盤上在與抗刻蝕保護(hù)層相對應(yīng)的部位形成一個環(huán)狀的環(huán)形支撐塊，通過環(huán)形支撐塊對復(fù)合薄膜進(jìn)行支撐。

7.如權(quán)利要求5所述的一種感振波紋膜片的制備方法，其特征在于：

所述步驟一中，所述環(huán)形凹槽的深度為5～30微米；

所述步驟二中，所述抗刻蝕金屬膜的厚度為20～40納米；

所述步驟三中，所述有機(jī)物膜的厚度為100～500納米；

所述步驟四中，所述反射金屬膜的厚度為20～40納米；

所述步驟五中，停止深硅刻蝕后，未被刻蝕完的硅基材料下表面高于抗刻蝕金屬膜的下表面3～8微米。

8.光纖加速度傳感器，其特征在于：包括支撐座、感振波紋膜片、套管、光纖，所述感振波紋膜片為如權(quán)利要求1至4任一項所述的感振波紋膜片，所述支撐座上端中心開有圓形槽，所述套管固定在支撐座的上端，且所述套管與支撐座的圓形槽圍成一個空腔，所述感振波紋膜片設(shè)置在支撐座上端且位于空腔內(nèi)，所述振波紋膜片將所述空腔分隔為上下排列的上空氣腔和下空氣腔，所述光纖從所述套管上端向下伸入所述上空氣腔內(nèi)且位于感振波紋膜片上方，所述光纖伸入上空氣腔內(nèi)的端面為球形光纖端面，所述圓形槽、感振波紋膜片和光纖的中心線位于同一條豎直線上。

9.微振動檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括激光器、光纖耦合器、光纖加速度傳感器、調(diào)制解調(diào)儀、壓電陶瓷，所述光纖加速度傳感器為權(quán)利要求8所述的光纖加速度傳感器，所述光纖耦合器的輸入端與激光器通過光路連接，所述光纖耦合器的兩個輸出端分別連接兩路光纖，兩路光纖分別為第一路光纖和第二路光纖，所述第一路光纖連接至所述光纖加速度傳感器，所述第二路光纖纏繞在所述壓電陶瓷上后向外伸出，所述第二路光纖的外端端面為零角度光纖端面，所述調(diào)制解調(diào)儀與光纖耦合器之間通過光路連接，所述調(diào)制解調(diào)儀與壓電陶瓷之間通過電纜線連接，由所述光纖加速度傳感器與零度角光纖端面共同構(gòu)建的邁克爾遜干涉儀來拾取外界的微振動信號，并反饋給調(diào)制解調(diào)儀，調(diào)制解調(diào)儀通過控制壓電陶瓷對邁克爾遜干涉儀進(jìn)行調(diào)制。