專利名稱：微懸臂梁驅(qū)動的光強調(diào)制型光纖氫傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于自動控制技術(shù)領(lǐng)域的傳感器，具體是一種微光機電系統(tǒng)微的微懸臂梁驅(qū)動的光強調(diào)制型光纖氫傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的氫氣傳感器主要有薄膜電阻式、電化學(xué)式和光纖光學(xué)式三種類型。光纖傳感器能夠?qū)⒚舾行畔⒁怨庑盘柕男问睫D(zhuǎn)移到安全區(qū)域，可以很好地避免潛在危險，除此之外，光纖傳感還具有靈敏度高、精度高、抗干擾能力強、動態(tài)響應(yīng)范圍大、耐高壓、耐腐蝕等突出優(yōu)點。金屬鈀是各種光纖氫氣傳感器最常采用的敏感材料，因為鈀金屬能夠吸收空氣中的氫氣，具有非常強的氣體選擇性。金屬靶吸附氫氣后形成氫化物，從而導(dǎo)致一系列物理性質(zhì)發(fā)生變化，如電阻率、晶格常數(shù)(體積)、反射率和折射率等，而且這種變化在一定條件下是可逆的，為基于上述原理構(gòu)造重復(fù)使用的測氫傳感器奠定了基礎(chǔ)。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，在《傳感器與執(zhí)行器》(Chemical，vol B7n123，1992685～688)上刊登的“光集成測氫傳感器”，(Integrated opticsensor for the detection of H2concentrations.Sensors and ActuatorsBChemical，vol B7 n123，1992685～688)，該文提出了一種干涉型光纖氫氣傳感器，其基本結(jié)構(gòu)是一個m-Z干涉儀，在干涉儀的信號臂上(單模光纖)鍍有一層鈀膜，另一支臂作為參考臂。其不同于傳統(tǒng)光纖型氫傳感器的主要特點在于這種傳感器顯示了很好的可重復(fù)使用性，連續(xù)使用的積累誤差小，響應(yīng)的上升和下降時間較短。它的靈敏度可以通過控制信號臂的長度得到控制。但這種傳感器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且受溫度的影響比較大，使傳感器的準(zhǔn)確度明顯降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足和缺陷，提供一種微懸臂梁驅(qū)動的光強調(diào)制型光纖氫傳感器。利用微光機電系統(tǒng)設(shè)計和加工技術(shù)來加工傳感器的微型槽，使其具有常規(guī)光纖氫傳感器特征的同時，還具備MEMS器件體積小、響應(yīng)快、易集成、穩(wěn)定性好、成本低、易批量生產(chǎn)等性能。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括兩部分，一部分為光源發(fā)射部分第一Si(硅)基座、光纖探頭、鈀膜、襯底銅鎳薄膜、第一纖尾、硅臂梁，其連接關(guān)系為吸氫的鈀膜依附于不吸氫的襯底鎳薄膜形成雙層膜結(jié)構(gòu)，依次依附在硅臂梁上。此梁一端固定于第一Si基座上，帶有光源的光纖探頭貼于硅臂梁中央V型槽上，光纖的第一纖尾則連接著光源。另一部分為光源接受部分，也就是光源參考平臺第二Si(硅)基座、光纖接口、第二纖尾，其連接關(guān)系是光線接口對準(zhǔn)硅臂梁上的光纖口，貼于第二Si(硅)基座中央V型槽上，以便對面的光源可以進入本光纖，而光纖的第二纖尾則連接著光功率計。
本發(fā)明利用了鈀膜吸收氫氣便會膨脹的原理，使懸梁臂產(chǎn)生彎曲變形，而硅臂梁彎曲時粘貼于其上的光纖必然隨之彎曲，這樣一來，投射入對面光纖口的光線必定減少，隨著彎曲程度的加大，對面的光纖最終將接收不到任何光線。通過這樣的一個過程，最終可將環(huán)境氫氣濃度變化的信息轉(zhuǎn)化成光強度變化信息，只需要檢測這些光強度的變化便可以知道氫氣濃度變化了。
本發(fā)明極大簡化了傳感器的結(jié)構(gòu)，而且受溫度影響較小，又提高了硅臂梁的軸向驅(qū)動力，解決了為提高敏感性而增加膜厚所帶來的易破壞等問題。而且，最關(guān)鍵的一點是本發(fā)明十分有效地減低了整體成本。常規(guī)的干涉儀相關(guān)檢測設(shè)備以及布拉格光柵檢測設(shè)備比較貴，后者一套大概需要一萬美元。但是本發(fā)明所需的光源和光功率計的成本只不過在6000元人民幣上下。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明由光源發(fā)射部分1和光源接受部分2組成，光源發(fā)射部分1包括第一Si基座3、光纖探頭4、鈀膜5、襯底銅鎳薄膜6、第一纖尾7、硅臂梁8，其連接關(guān)系為吸氫的鈀膜5依附于不吸氫的襯底銅鎳薄膜6形成雙層膜結(jié)構(gòu)，依次依附在硅臂梁8上。而此硅臂梁8一端固定于第一Si基座3上，帶有光源的光纖探頭4貼于硅臂梁8中央V型槽上，光纖的第一纖尾7則連接著光源。光源接受部分2也就是光源參考平臺包括第二Si基座9、光纖接口10、第二纖尾11，其連接關(guān)系是光線接口10對準(zhǔn)硅臂梁8上的光纖，貼于第二Si基座9中央V型槽上，以便對面硅臂梁8上的光纖所發(fā)出的光源可以進入本光纖，而第二纖尾11則連接著光調(diào)制裝置和光功率計。
權(quán)利要求
1.一種微硅臂梁驅(qū)動的光強調(diào)制型光纖氫傳感器，由光源發(fā)射部分(1)和光源接受部分(2)組成，其特征在于，光源發(fā)射部分(1)包括第一Si基座(3)、光纖探頭(4)、鈀膜(5)、襯底銅鎳薄膜(6)、第一纖尾(7)、硅臂梁(8)，鈀膜(5)依附于襯底銅鎳薄膜(6)形成雙層膜結(jié)構(gòu)，依次依附在硅臂梁(8)上，硅臂梁(8)一端固定于第一Si基座(3)上，光纖探頭(4)貼于硅臂梁(8)上，光纖的第一纖尾(7)則連接著光源，光源接受部分(2)包括第二Si基座(9)、光纖接口(10)、第二纖尾(11)，光線接口(10)對準(zhǔn)硅臂梁(8)上的光纖，貼于第二Si基座(9)上，而第二纖尾(11)則連接著光調(diào)制裝置和光功率計。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微硅臂梁驅(qū)動的光強調(diào)制型光纖氫傳感器，其特征是，光纖探頭(4)帶有光源，貼于硅臂梁(8)中央V型槽上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微硅臂梁驅(qū)動的光強調(diào)制型光纖氫傳感器，其特征是，光線接口(10)貼于第二Si基座(9)中央V型槽上。
全文摘要
一種微光機電系統(tǒng)微懸臂梁驅(qū)動的吸氫傳感，用于自動控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明由光源發(fā)射部分和光源接受部分組成，光源發(fā)射部分包括第一Si基座、光纖探頭、鈀膜、襯底銅鎳薄膜、第一纖尾、硅臂梁，鈀膜依附于襯底鎳薄膜形成雙層膜結(jié)構(gòu)，依次依附在硅臂梁上，此梁一端固定于第一Si基座上，光纖探頭貼于硅臂梁上，光纖的第一纖尾則連接著光源，光源接受部分包括第二Si基座、光纖接口、第二纖尾，光線接口對準(zhǔn)硅臂梁上的光纖口，貼于第二Si基座上，光纖的第二纖尾則連接著光功率計。本發(fā)明提高了硅臂梁的軸向驅(qū)動力，解決了為提高敏感性而增加膜厚所帶來的易破壞等問題，同時大幅度地簡化了此類器件的結(jié)構(gòu)。
文檔編號G01N21/17GK1587992SQ20041006659
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月23日
發(fā)明者陳吉安, 張曉晶, 丁桂甫, 曹穎, 周業(yè)成 申請人:上海交通大學(xué)