一种MEMS光纤振动传感器耐高温封装结构制造技术

本发明专利技术公开了一种MEMS光纤振动传感器耐高温封装结构，包括管壳、封盖、MEMS光纤振动敏感元件和自紧结构，封盖设置于管壳的顶部，管壳与封盖之间形成容纳空间，MEMS光纤振动敏感元件位于容纳空间内，自紧结构设置于MEMS光纤振动敏感元件与封盖之间，自紧结构为爪状弹性结构，包括底台、通孔和多个爪梁，底台设置于自紧结构的下端，通孔设置于底台中间，多个爪梁均匀设置于底台的外周并向上延伸至与封盖接触，所述自紧结构施加有预紧力，使得MEMS光纤振动敏感元件与管壳和封盖在高温环境下是刚性连接。本发明专利技术能够实现MEMS光纤振动传感器在高温下的测量，并且具有测试精度高和适用性好的优点。的优点。的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS光纤振动传感器耐高温封装结构


[0001]本专利技术涉及一种MEMS光纤振动传感器耐高温封装结构，属于MEMS光纤振动传感器高温测试领域。

技术介绍

[0002]MEMS（Micro Electro
‑
Mechanical System，微电子机械系统）光纤振动传感器是采用光学式振动传感器的形式，通过光纤传输光信号，通过测试光纤端面与MEMS敏感芯片的质量块构成的FP（Fabry
–
P
é
rot cavity，法布里
‑
珀罗谐振腔）腔长变化来反映振动参数。关于MEMS光纤振动传感器的应用，现有技术CN114509149A公开了一种MEMS光纤声振动传感器及其制备方法、性能标定系统和标定方法，CN101294856A公开了一种基于光纤传感器技术的变压器在线多参数监测装置。对于基于MEMS振动敏感元件的光纤振动传感器高温振动测试，由于MEMS光纤振动传感器敏感元件主要是由硅基材料组成，且尺寸较小，无法直接安装在被测结构表面，需对MEMS光纤振动传感器敏感元件进行耐高温封装。若封装结构及方法有胶粘剂的引入时，高温环境下，胶粘剂物化性质发生变化，高温下性能失效，造成MEMS振动敏感元件在封装壳体腔内发生滑移，传感器的整体结构发生变化，影响传感器性能。

技术实现思路

[0003]为了解决现有MEMS光纤振动传感器无法在高温下使用的问题，本专利技术提供一种MEMS光纤振动传感器耐高温封装结构，能够实现MEMS光纤振动传感器在高温下的测量。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供一种MEMS光纤振动传感器耐高温封装结构，包括管壳、封盖、MEMS光纤振动敏感元件和自紧结构，所述封盖设置于所述管壳的顶部，所述管壳与所述封盖之间形成容纳空间，所述MEMS光纤振动敏感元件位于所述容纳空间内，所述自紧结构设置于所述MEMS光纤振动敏感元件与所述封盖之间，所述自紧结构为爪状弹性结构，包括底台、通孔和多个爪梁，所述底台设置于所述自紧结构的下端，所述通孔设置于所述底台中间，所述多个爪梁均匀设置于所述底台的外周并向上延伸至与所述封盖接触，所述自紧结构施加有预紧力，使得所述MEMS光纤振动敏感元件与所述管壳和所述封盖在高温环境下是刚性连接。
[0005]优选地，所述预紧力如下计算：其中：F—预紧力；
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n—自紧结构的爪梁个数；
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E—爪梁材料的弹性常数；
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a—爪梁的横截面长；
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b—爪梁的横截面宽；
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α—管壳与封盖的材料热膨胀系数；
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T—MEMS光纤振动传感器的使用温度相对于常温的温度变化量；
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h1—管壳的侧边高度；
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h2—封盖的厚度；
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l—爪梁的长度；
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θ—爪梁与底台的夹角。
[0006]优选地，所述MEMS光纤振动敏感元件包括MEMS芯片、光纤和准直管，所述光纤套接在所述准直管内部，所述准直管通过激光焊接与所述MEMS芯片固定。
[0007]优选地，所述MEMS芯片包括上盖、质量块以及与质量块连接的共振梁，所述准直管通过激光焊接与所述上盖固定，所述光纤的端面与所述质量块构成FP腔。
[0008]优选地，所述底台的下方外周设置有凸起，由所述凸起环绕而在所述底台下方形成第一凹槽，所述第一凹槽用于对所述准直管进行限位。
[0009]优选地，所述光纤从所述自紧结构的所述通孔穿出，所述光纤的上部套接有耐高温金属管，套接有所述耐高温金属管的光纤从所述封盖穿出。
[0010]优选地，所述管壳的底部设置有用于对所述MEMS芯片进行限位的第二凹槽。
[0011]优选地，所述封盖设置有用于与所述管壳连接的螺纹结构，所述管壳设置有用于与被测结构连接的螺纹孔。
[0012]优选地，所述管壳和封盖由耐高温金属材料加工而成，根据所述MEMS光纤振动传感器的使用温度及加工可行性进行材料选择。
[0013]优选地，根据所述MEMS光纤振动传感器的使用温度、管壳与封盖的材料、以及MEMS芯片的热膨胀系数选择所述爪梁和所述底台的材料。
[0014]本专利技术的MEMS光纤振动传感器耐高温封装结构能够实现MEMS光纤振动传感器在高温下的测量，并且具有测试精度高和适用性好的优点。
附图说明
[0015]图1为本专利技术一种实施方式的MEMS光纤振动敏感元件封装结构的示意图；图2为本专利技术一种实施方式的自紧结构的示意图；图3为本专利技术一种实施方式的MEMS光纤振动敏感元件的示意图；图4为本专利技术一种实施方式的MEMS芯片的示意图；图5为本专利技术一种实施方式的MEMS光纤振动传感器频率响应测试曲线；图6为本专利技术一种实施方式的MEMS光纤振动传感器频率
‑
偏差曲线；图7为本专利技术一种实施方式的MEMS光纤振动传感器幅值线性度处理结果。
具体实施方式
[0016]为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面将结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0017]本专利技术的实施方式提供一种MEMS光纤振动传感器耐高温封装结构。本专利技术的专利技术人发现，基于MEMS光纤振动敏感元件的光纤振动传感器的耐高温封装结构，一要保证被测结构与敏感元件之间的振动传递，需保证敏感元件与封装结构之间是刚性连接；二要同时
考虑MEMS敏感元件的小尺寸、易受损伤、各组件材料要耐高温问题；三要解决各组件之间热膨胀系数不匹配的问题。可在封装结构内部引入施加预紧力的弹性结构来解决上述问题，预紧力大小直接影响弹性结构的作用效果，若预紧力过大，则会对MEMS光纤振动敏感元件施加挤压的作用力，造成敏感结构的损坏；若预紧力过小，则传感器在高温环境工作时，不能保证MEMS光纤振动敏感元件与封装结构之间是刚性连接，直接影响测量结果。因此，需要结合MEMS光纤振动传感器的结构尺寸、使用温度等对弹性结构的构成及装配时施加的预紧力进行设计。
[0018]为此，本专利技术实施方式提供一种MEMS光纤振动传感器耐高温封装结构。图1是本专利技术实施方式的MEMS光纤振动传感器耐高温封装结构的示意图。如图1所示，本专利技术实施方式的MEMS光纤振动传感器耐高温封装结构包括管壳11、封盖9、MEMS光纤振动敏感元件12和自紧结构10，封盖9设置于管壳11的顶部，管壳11与封盖9之间形成容纳空间，MEMS光纤振动敏感元件12位于所述容纳空间内，自紧结构10设置于MEMS光纤振动敏感元件12与封盖9之间，自紧结构10为爪状弹性结构，自紧结构10施加有预紧力，使得MEMS光纤振动敏感元件12与管壳11和封盖9在高温环境下是刚性连接，以确保振动传递。
[0019]图2为本专利技术一种实施方式的自紧结构的示意图。如图2所示，自紧结构10为弹性爪状结构。自紧结构10包括底台13、通孔14本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS光纤振动传感器耐高温封装结构，其特征在于：包括管壳、封盖、MEMS光纤振动敏感元件和自紧结构，所述封盖设置于所述管壳的顶部，所述管壳与所述封盖之间形成容纳空间，所述MEMS光纤振动敏感元件位于所述容纳空间内，所述自紧结构设置于所述MEMS光纤振动敏感元件与所述封盖之间，所述自紧结构为爪状弹性结构，包括底台、通孔和多个爪梁，所述底台设置于所述自紧结构的下端，所述通孔设置于所述底台中间，所述多个爪梁均匀设置于所述底台的外周并向上延伸至与所述封盖接触，所述自紧结构施加有预紧力，使得所述MEMS光纤振动敏感元件与所述管壳和所述封盖在高温环境下是刚性连接。2.如权利要求1所述的MEMS光纤振动传感器耐高温封装结构，其特征在于：所述预紧力如下计算：其中：F—预紧力；n—自紧结构的爪梁个数；E—爪梁材料的弹性常数；a—爪梁的横截面长；b—爪梁的横截面宽；α—管壳与封盖的材料热膨胀系数；
△
T—MEMS光纤振动传感器的使用温度相对于常温的温度变化量；h1—管壳的侧边高度；h2—封盖的厚度；l—爪梁的长度；θ—爪梁与底台的夹角。3.如权利要求1或2所述的MEMS光纤振动传感器耐高温封装结构，其特征在于：所述MEMS光纤振动敏感元件包括MEMS芯片、光纤和准直管，所述光纤套接在所述准直管内部，所述准直管通过激光焊接与所述MEMS芯片固定。4.如权利要求3所述的MEMS光纤振动传感器耐高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张欣颖，付佳豪，陈爽，隋广慧，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：