基于光纤多模干涉效应的光学微机械加速度传感器及方法 【技术领域】
本发明涉及测量加速度的仪器，尤其涉及一种基于光纤多模干涉效应的光学微机械加速度传感器及方法。
背景技术
加速度计是最重要的惯性器件，在惯性导航和惯性制导中有着广泛的应用，同时在汽车安全相机防抖等各方面都有重要的应用。硅微加速度计具有体积小、重量轻、功耗小、成本低、可靠性好、易集成等优点，已经得到越来越广泛的应用，同时MEMS技术的不断成熟极大促进了微加速度计的发展，在院里、工艺、测试等方面逐渐趋于完善。而随着对微机械加速度计性能要求的提高，与光学测量和微光学技术相结合的高精度微光机电加速度传感器的研究成为了一个重要发展方向。
光纤传感器以其简易、灵敏、抗电磁干扰等优点得到越来越广泛的关注。光纤多模干涉效应已经被应用于很多方面，例如应变传感器、温度传感器、折射率传感器等。利用光纤多模干涉效应做加速度传感，不仅具有较高的灵敏度，同时系统稳定，结构简单。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于光纤多模干涉效应的光学微机械加速度传感器及方法。
基于光纤多模干涉效应的光学微机械加速度传感器包括单模光纤、多模光纤、紫外胶固定点、硅基底、质量块，在质量块上通过紫外胶固定点固定有多模光纤，在硅基底上刻蚀与质量块和多模光纤相配合的通孔，并将质量块和多模光纤放入通孔，多模光纤通过紫外胶固定点固定在硅基底上，多模光纤两端部焊接有单模光纤。
基于光纤多模干涉效应的光学微机械加速度传感方法是采用单模光纤-多模光纤-单模光纤焊接而成传感器件，利用光纤多模干涉效应，通过改变多模光纤的长度、直径以及折射率实现传感；当宽谱光源的宽谱光从单模光纤进入多模光纤，高阶模式被激发并相互之间发生干涉，由于不同的模式耦合系数不同，从而耦合输出时光强最大波长随着不同长度的多模光纤发生改变，将单模光纤输出光谱用光谱仪探测，并输入计算机，根据光谱的变化传感可动质量块所敏感的外界轴向加速度的大小。
本发明的有益效果：光纤多模干涉的传感部分有光纤焊接而成，因而制作方便，且成功率高。以多模光纤作悬臂梁，则大大降低了质量块和悬臂梁微加工的难度，操作简单。光纤材料具有很好的韧性，因而具有较大的动态范围，多模干涉具有较高的灵敏度。即达到高精度，同时又保证了大的动态范围，克服了常见加速度计的缺点。同时光纤具有的特定性质，保证了该加速度传感器的稳定性，抗电磁干扰，无源性等优点。
【附图说明】
图1是多模干涉光纤用紫外胶固定在质量块和基底上俯视图
图2是加速度敏感部位即一段多模光纤两端分别与单模光纤熔接
图3是加速度传感部位立体视图
图4是光纤多模干涉测量加速度装置示意图
图中：第一单模光纤1、多模光纤2、紫外胶固定点3、硅基底4、质量块5、宽谱光源6、计算机7、光谱仪8。
【具体实施方式】
由于现有的微光机电加速度传感器普遍存在工艺复杂，加工难度大，测量精度低，动态范围小等很难实用化的问题，为了能够实现高精度、大动态范围的测量，并且降低制作难度和成本，提出了基于光纤多模干涉的加速度计的方案。下面根据附图详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
如图所示，基于光纤多模干涉效应的光学微机械加速度传感器，其特征在于包括单模光纤1、多模光纤2、紫外胶固定点3、硅基底4、质量块5，在质量块5上通过紫外胶固定点3固定有多模光纤2，在硅基底4上刻蚀与质量块5和多模光纤2相配合的通孔，并将质量块5和多模光纤2放入通孔，多模光纤2通过紫外胶固定点3固定在硅基底4上，多模光纤2两端部焊接有单模光纤1。
基于光纤多模干涉效应的光学微机械加速度传感方法采用单模光纤1-多模光纤2-单模光纤1焊接而成传感器件，利用光纤多模干涉效应，通过改变多模光纤2的长度、直径以及折射率实现传感；当宽谱光源6的宽谱光从单模光纤1进入多模光纤2，高阶模式被激发并相互之间发生干涉，由于不同的模式耦合系数不同，从而耦合输出时光强最大波长随着不同长度的多模光纤发生改变。当有加速度施加时，质量块将发生位移，导致连接在基底和质量块之间的多模光纤产生形变，从而改变多模光纤的长度、直径以及折射率，最终导致输出光的干涉极大波长发生移动，将单模光纤输出光谱用光谱仪8探测，并输入计算机7，根据光谱的变化传感可动质量块所敏感的外界轴向加速度的大小。
硅基底和质量块的制作采用湿法刻蚀，首先在硅基上下表面分别镀一层二氧化硅，用于体硅刻蚀的保护掩膜，分别将图形利用掩膜光刻转移到基底的上下面，此处要精确对准，以保证刻蚀地质量。先刻蚀二氧化硅层，刻蚀溶液可选择氟化铵∶氟化氢∶去离子水为2∶1∶3。随后刻蚀体硅，刻蚀溶液可选择氢氧化钾∶异丙醇∶去离子水为5∶1∶9。刻蚀得到质量块之后，将传感光纤如图2所示用紫外胶分别固定在质量块和基底上，由于紫外胶的折射率较小，因而对光传输的损耗影响很小，固定紫外胶需要在氮气的环境中，滴胶之后用紫外灯照射约10分钟左右，直至光纤完全被固定。如图3所示，即为传感部位的立体视图。