本發(fā)明光纖微型水聽器屬于聲壓傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段，出現(xiàn)了一類膜片式光纖F-P(法布里珀羅)水聽器，在原理上具有靈敏度高、響應(yīng)速度快的技術(shù)優(yōu)勢。這類水聽器的特點(diǎn)是敏感膜片和光纖端面構(gòu)成F-P腔，外界聲壓信號(hào)會(huì)使敏感膜片發(fā)生振動(dòng)，進(jìn)而改變F-P腔的腔長，導(dǎo)致反射光信號(hào)發(fā)生變化，通過檢測該變化，即可實(shí)現(xiàn)對外界聲壓相關(guān)信息的檢測。

水聽器的性能與膜片直接相關(guān)。目前，這類水聽器的膜片為硅、二氧化硅、氮化硅或PET材料制作的平膜，這些膜片應(yīng)用在膜片式光纖F-P水聽器中，會(huì)有以下問題：

第一、對于膜片材料而言，基于硅、二氧化硅和氮化硅材料的膜片加工工藝復(fù)雜，制作周期長，成本高；而基于PET材料的膜片因加工工藝的原因?qū)е潞穸葻o法降低，降低了機(jī)械靈敏度；

第二、對于平膜結(jié)構(gòu)而言，外界壓力會(huì)使平面變成非平面，面形的誤差會(huì)直接傳遞到反射光信號(hào)中，使反射光信號(hào)存在誤差，這又降低了檢測的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對膜片式光纖F-P(法布里珀羅)水聽器膜片材料與膜片形狀的問題，本發(fā)明公開了一種光纖微型水聽器；通過改變平膜材料，解決基于硅、二氧化硅和氮化硅材料的膜片加工工藝復(fù)雜，制作周期長，成本高的問題，以及基于PET材料的膜片因加工工藝的原因?qū)е潞穸葻o法降低，降低了機(jī)械靈敏度的問題；通過改變膜片形狀，解決了面形誤差傳遞到反射光信號(hào)中，使反射光信號(hào)存在誤差，降低檢測的準(zhǔn)確性的問題。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種光纖微型水聽器，包括四層結(jié)構(gòu)，第一層是膜片，所述膜片為PDMS平膜或PET紋膜，第二層是中心有圓形通孔的第一支撐層，第三層是中心有圓形通孔的第二支撐層，第四層是中心有圓形通孔、邊緣有通氣孔的第三支撐層；膜片、第一支撐層、第二支撐層和第三支撐層依次中心對準(zhǔn)鍵合在一起；第一支撐層、第二支撐層和第三支撐層的圓形通孔直徑依次減小，呈階梯狀排列；在第三支撐層的圓形通孔中安裝有插芯，所述插芯由固化膠固定在第三支撐層的頂部，插芯的中心插有光纖，所述光纖由固化膠固定在插芯上，光纖的端面研磨平整；從膜片到光纖端面為F-P腔；膜片在外界聲壓作用下產(chǎn)生振動(dòng)，引起F-P腔長的變化，進(jìn)而導(dǎo)致反射光信號(hào)變化，從而檢測外界聲壓相關(guān)信息。

上述光纖微型水聽器，在PDMS平膜或PET紋膜中間鍍有金屬層。

以上光纖微型水聽器，所述PET紋膜為中間平整、邊緣帶有褶皺波紋的結(jié)構(gòu)；所述中間平整部分的直徑大于光纖的直徑，中間平整部分到光纖端面為F-P腔；所述褶皺波紋的截面形狀為周期性的正弦形、矩形、三角形或梯形。

以上光纖微型水聽器，所述PET紋膜的加工方法包括以下步驟：

步驟a、在基底上涂一層光刻膠，所述基底是平面單晶硅基底或平面玻璃基底；

步驟b、利用光刻方法，將光刻掩模版上的波紋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到光刻膠上；

步驟c、利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕基底，將光刻膠上的波紋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到基底上；如果：

基底是單晶硅，刻蝕氣體為六氟化硫；

基底是玻璃，刻蝕氣體為三氟甲烷；

步驟d、以步驟c得到的帶有波紋結(jié)構(gòu)的基底為壓印模板，利用熱固化膠遇熱流動(dòng)的特性填充壓印模板，液態(tài)的熱固化膠擠壓PET膜片得到PET紋膜，脫模后得到PET波紋膜片。

有益效果：

第一、對于基于硅、二氧化硅和氮化硅材料的膜片加工工藝復(fù)雜，制作周期長，成本高的問題，本發(fā)明采用了PDMS材料，簡化了加工工藝，減少了制作周期，降低了制作成本。

第二、對于基于PET材料的膜片因加工工藝的原因?qū)е潞穸葻o法降低，降低了機(jī)械靈敏度的問題，本發(fā)明采用了PDMS材料，利用其表面張力小的特點(diǎn)，配合第三支撐層邊緣有通氣孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保PDMS膜片兩側(cè)壓力差值小于閾值，使PDMS膜片不易破損的機(jī)械特性充分發(fā)揮，從而大幅降低膜片的制作厚度，提高了光纖微型水聽器的機(jī)械靈敏度。

第三、對于平膜結(jié)構(gòu)在外界壓力下變成非平面，使得反射光信號(hào)存在誤差，降低了檢測準(zhǔn)確性的問題，本發(fā)明又設(shè)計(jì)出了一套采用PET紋膜作為膜片的技術(shù)方案，紋膜結(jié)構(gòu)，可以改善膜片中心點(diǎn)的變形，確保膜片中心在外界壓力下仍然為近似的平面，有效降低反射光信號(hào)誤差，有利于提高檢測準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明光纖微型水聽器具體實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明光纖微型水聽器具體實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明光纖微型水聽器具體實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明光纖微型水聽器具體實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是PET紋膜褶皺波紋的截面示意圖。

圖6是PET紋膜加工方法的工藝流程圖。

圖7是光刻掩模版的示意圖。

圖中：1PET紋膜、2第一支撐層、3第二支撐層、4第三支撐層、5插芯、6光纖、7固化膠、8金屬層、9基底、10光刻膠、11熱固化膠、12PDMS平膜。

具體實(shí)施例

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

具體實(shí)施例一

本實(shí)施例的光纖微型水聽器，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該光纖微型水聽器包括四層結(jié)構(gòu)，第一層是膜片，所述膜片為PDMS平膜12，第二層是中心有圓形通孔的第一支撐層2，第三層是中心有圓形通孔的第二支撐層3，第四層是中心有圓形通孔、邊緣有通氣孔的第三支撐層4；膜片、第一支撐層2、第二支撐層3和第三支撐層4依次中心對準(zhǔn)鍵合在一起；第一支撐層2、第二支撐層3和第三支撐層4的圓形通孔直徑依次減小，呈階梯狀排列；在第三支撐層4的圓形通孔中安裝有插芯5，所述插芯5由固化膠7固定在第三支撐層4的頂部，插芯5的中心插有光纖6，所述光纖6由固化膠7固定在插芯5上，光纖6的端面研磨平整；從膜片到光纖6端面為F-P腔；膜片1在外界聲壓作用下產(chǎn)生振動(dòng)，引起F-P腔長的變化，進(jìn)而導(dǎo)致反射光信號(hào)變化，從而檢測外界聲壓相關(guān)信息。

具體實(shí)施例二

本實(shí)施例的光纖微型水聽器，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。該光纖微型水聽器包括四層結(jié)構(gòu)，第一層是膜片，所述膜片為PET紋膜1，第二層是中心有圓形通孔的第一支撐層2，第三層是中心有圓形通孔的第二支撐層3，第四層是中心有圓形通孔、邊緣有通氣孔的第三支撐層4；膜片、第一支撐層2、第二支撐層3和第三支撐層4依次中心對準(zhǔn)鍵合在一起；第一支撐層2、第二支撐層3和第三支撐層4的圓形通孔直徑依次減小，呈階梯狀排列；在第三支撐層4的圓形通孔中安裝有插芯5，所述插芯5由固化膠7固定在第三支撐層4的頂部，插芯5的中心插有光纖6，所述光纖6由固化膠7固定在插芯5上，光纖6的端面研磨平整；從膜片到光纖6端面為F-P腔；膜片1在外界聲壓作用下產(chǎn)生振動(dòng)，引起F-P腔長的變化，進(jìn)而導(dǎo)致反射光信號(hào)變化，從而檢測外界聲壓相關(guān)信息。

具體實(shí)施例三

本實(shí)施例的光纖微型水聽器，在具體實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步限定在PDMS平膜12中間鍍有金屬層8，如圖3所示。

具體實(shí)施例四

本實(shí)施例的光纖微型水聽器，在具體實(shí)施例二的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步限定在PET紋膜1中間鍍有金屬層8，如圖4所示。

對于具體實(shí)施例三和具體實(shí)施例四需要說明的是，由于F-P腔內(nèi)信號(hào)非常微弱，容易受到噪聲干擾，因此為了提高信噪比，進(jìn)而提高光纖微型水聽器的測量精度，需要在不改變環(huán)境因素下直接增加信號(hào)強(qiáng)度。在PDMS平膜12或PET紋膜1中間鍍有金屬層8的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用金屬層8能夠增加PDMS膜片1對入射光的反射率，直接增加F-P腔的信號(hào)強(qiáng)度，提高信噪比，進(jìn)而提高光纖微型水聽器的測量精度。

具體實(shí)施例五

本實(shí)施例的光纖微型水聽器，在具體實(shí)施例二或具體實(shí)施例四的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步限定PET紋膜1的結(jié)構(gòu)。所述PET紋膜1為中間平整、邊緣帶有褶皺波紋的結(jié)構(gòu)；所述中間平整部分的直徑大于光纖6的直徑，中間平整部分到光纖6端面為F-P腔；所述褶皺波紋的截面形狀為周期性的正弦形、矩形、三角形或梯形。

在本實(shí)施例中，所述褶皺波紋的截面形狀為周期性的矩形，如圖5所示。

具體實(shí)施例六

本實(shí)施例的光纖微型水聽器，在具體實(shí)施例二、具體實(shí)施例四或具體實(shí)施例五的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步限定PET紋膜1的加工方法，該加工方法的工藝流程圖如圖6所示，包括以下步驟：

步驟a、在基底9上涂一層光刻膠10，所述基底9是平面單晶硅基底或平面玻璃基底；

步驟b、利用光刻方法，將如圖7所示的光刻掩模版上的波紋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到光刻膠10上；

步驟c、利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕基底9，將光刻膠10上的波紋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到基底9上；如果：

基底9是單晶硅，刻蝕氣體為六氟化硫；

基底9是玻璃，刻蝕氣體為三氟甲烷；

步驟d、以步驟c得到的帶有波紋結(jié)構(gòu)的基底9為壓印模板，利用熱固化膠11遇熱流動(dòng)的特性填充壓印模板，液態(tài)的熱固化膠11擠壓PET膜片得到PET紋膜，脫模后得到PET波紋膜片1。