全石英光纤法珀振动传感器及其敏感单元的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115855228A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211060777.8(22)申请日2022.08.31(71)申请人中北大学地址030051山西省太原市学院路3号(72)发明人贾平岗熊继军安国文苏承欣钱江刘华(74)专利代理机构深圳舍穆专利代理事务所(特殊普通合伙)44398专利代理师邱爽(51)Int.Cl.G01H9/00(2006.01)权利要求书2页说明书13页附图11页(54)发明名称全石英光纤法珀振动传感器及其敏感单元的制备方法(57)摘要本公开描述一种全石英光纤法珀振动传感器，包括敏感单元和光纤，敏感单元包括依次层叠的第一石英片、石英敏感膜片、以及第二石英片，在第一石英片与第二石英片之间形成有微腔，石英敏感膜片包括悬置于微腔且具有面向第二石英片的光反射面的质量块、以及由质量块向外周发散延伸且与第一石英片和第二石英片连接的多个梁结构，质量块感应于振动而在微腔内发生位移以使光反射面与光纤端面之间的距离发生变化，第二石英片具有与光反射面的中心对准的孔，光纤插入孔内。根据本公开，提供一种能够在高温环境下稳定工作的全石英光纤法珀振动传感器。CN115855228ACN115855228A权利要求书1/2页1.一种全石英光纤法珀振动传感器，其特征在于，包括敏感单元和光纤，所述敏感单元包括依次层叠的第一石英片、石英敏感膜片、以及第二石英片，在所述第一石英片与所述第二石英片之间形成有微腔，所述石英敏感膜片包括悬置于所述微腔且具有面向所述第二石英片的光反射面的质量块、以及由所述质量块向外周发散延伸且与所述第一石英片和所述第二石英片连接的多个梁结构，所述第二石英片具有与所述光反射面的中心对准的孔，所述光纤插入所述孔，所述光纤具有光纤端面，所述质量块感应于振动而在所述微腔内发生位移以使所述光反射面与所述光纤端面之间的距离发生变化。2.根据权利要求1所述的全石英光纤法珀振动传感器，其特征在于，所述孔是通孔，经由所述光纤而进入所述微腔的光线在所述光反射面与所述光纤端面之间进行反射。3.根据权利要求1所述的全石英光纤法珀振动传感器，其特征在于，所述孔是沉孔，经由所述光纤而进入所述微腔的光线在所述光反射面与所述第二石英片的内表面之间进行反射。4.根据权利要求1所述的全石英光纤法珀振动传感器，其特征在于，所述第一石英片具有面向所述第二石英片的第一凹槽，所述第二石英片具有面向所述第一石英片的第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽配合形成所述微腔，沿着所述第一石英片、所述石英敏感膜片和所述第二石英片的层叠方向进行投影，所述第一凹槽与所述第二凹槽重合。5.根据权利要求1所述的全石英光纤法珀振动传感器，其特征在于，沿着所述第一石英片、所述石英敏感膜片和所述第二石英片的层叠方向进行投影，所述多个梁结构分别从所述质量块的四边向外发散延伸。6.根据权利要求1所述的全石英光纤法珀振动传感器，其特征在于，所述质量块还包括围绕在所述质量块的外周且呈环状的接合部，所述梁结构连接所述质量块与所述接合部，并且所述接合部被所述第一石英片与所述第二石英片夹持。7.根据权利要求1所述的全石英光纤法珀振动传感器，其特征在于，还包括设置于所述第二石英片且与所述第二石英片一体成型的凸台，所述凸台具有与所述孔连通且与所述孔共轴的中空部，所述中空部的内径与所述孔的孔径相同。8.根据权利要求1所述的全石英光纤法珀振动传感器，其特征在于，还包括石英管，所述石英管的尺寸与所述孔的尺寸相匹配并且所述石英管插入所述孔，所述光纤的尺寸与所述石英管的管腔的尺寸相匹配并且所述光纤插入所述石英管的管腔，所述石英管与所述光纤、以及所述石英管与所述第二石英片通过CO2激光熔接方法熔接。9.根据权利要求1所述的全石英光纤法珀振动传感器，其特征在于，所述第一石英片、所述石英敏感膜片与所述第二石英片通过键合的方式结合。10.一种全石英光纤法珀振动传感器的敏感单元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：准备具有相对的上表面和下表面的第一石英玻璃晶圆、具有相对的上表面和下表面的第二石英玻璃晶圆、以及具有相对的上表面和下表面的第三石英玻璃晶圆；对所述第一石英玻璃晶圆的上表面进行抛光，对所述第二石英玻璃晶圆的下表面进行抛光，并且对所述第三石英玻璃晶圆的上表面和下表面进行抛光；以预定分布方式在所述第一石英玻璃晶圆的上表面制作多个第一凹槽；以所述预定分布方式在所述第二石英玻璃晶圆的下表面制作多个第二凹槽；2CN115855228A权利要求书2/2页以所述预定分布方式在所述第二石英玻璃晶圆制作多个孔；以所述预定分布方式在所述第三石英玻璃晶圆上制作多个梁质量块结构；以所述第一凹槽、所述第二凹槽、和所述梁质量块结构共轴的方式将所述第一石英玻