光纤法珀型MEMS压力传感器的设计与制作

【作者】 陈绪兴； 葛益娴； 王鸣； 戎华；

【机构】 南京师范大学物理科学与技术学院；

【摘要】 光纤MEMS传感器是将光纤传感技术与MEMS微细加工技术相结合制作而成的一种微型传感器。它集合了两者的优点,如体积小、重量轻、防爆性能好、便于实现远程遥控等等,在很多应用领域显得极为实用。本文介绍了一种运用MEMS技术制作的光纤法珀型压力传感器,如图1所示,运用光刻并结合反应离子刻蚀等工艺将晶向为<100>的单晶硅的背面腐蚀出一定深度的圆柱形腔体,腔体的深发可通过台阶仪精确测量。然后运用阳极键合工艺将硅结构与硼硅玻璃(Pyrex 7740#)紧密结合成一体,形成法布里一珀罗腔(Fabry-Perot,FP),腔长等于刻蚀得到的腔体深度。接着用氢氧化钾(KOH)溶液从正面将单晶硅减薄到所需的厚度,最后将光纤与玻璃通过环氧树脂粘结在一起。压力使硅膜产生移动从而改变了FP腔腔长,而腔长的改变使反射光信号也发生相应的变化,通过测量反射光的这种变化就可求出作用在硅膜上的压力。本文主要介绍了该传感器的工作原理并着重讲解了传感器的制作方法,初步实验结果表明该传感器在压力线性测量范围(0．2～1．0Mpa)内,传感器的灵敏度可达到10．075nm／MPa(光谱移动／压力),从它的结构可以看出,通过改变膜厚和FP腔的尺寸,就可以改变传感器的测量范围及灵敏度;压力测量结果具有较好的线性,标准差小于0．27nm;该传感器可以用于要求具有较高抗电磁干扰以及易燃易爆的环境中的压力测量,可用于石油工业中储油罐压力检测,厂矿中空气压力的测量等,具有广阔的应用前景。更多还原