一种基于光学制造技术

本申请公开了一种基于光学微机电系统

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种基于光学MEMS的监测系统
[0001]本申请要求于
2020
年
11
月
15
日提交的美国临时专利申请
(No.63/113882)
和
2020
年
11
月
15
日提交的美国临时专利申请
(No.63/113883)
的优先权
。
该申请的全部内容通过引用结合在本申请中
。


[0002]本申请涉及监测领域，特别涉及一种基于光学微机电系统
(MEMS)
的监测系统
。

技术介绍

[0003]监测系统在世界各地被广泛应用，其能感应压力
、
温度或应力，是众多行业所必备
。
本申请总体上涉及一种基于光学
MEMS
的监测系统及其传感器
。
光学监测系统的优点是灵敏度高，抗电磁干扰，适用于恶劣环境
。
[0004]相关技术
[0005]市场上现有的监测系统有几个主要缺点
。
[0006]基于电子平台的系统的缺点是电线容易受到电磁波的干扰
。
必须使用屏蔽线来消除电磁干扰
。
然而，屏蔽线的直径较大，不适用于使用细线的侵入式医疗设备，以免对人体造成严重伤害
。
而无屏蔽的细线又会受到人体肌肉或神经元产生的微小电磁波的干扰
。
[0007]有些设备会产生非常大的电磁场，侵入各种屏蔽线，对电子平台监测系统造成电磁损伤
。
例如，基于电子平台的压力监测器会受到大型钻进设备产生的强电磁波的干扰
。MRI(
磁共振成像
)
场景下的电子平台传感器可能会被强大的电磁波烧毁
。
[0008]侵入式医疗设备要求一根电线可以支持多个具有不同监测功能的传感器，以最大限度地减少对人体组织的创伤
。
但是在基于电子平台的监测系统中，一根电线只能支持一个传感器
。
许多传感器需要相应数量的导线，导致较大的人体组织创伤
。
[0009]由于这些缺点，基于电子平台的监测系统和传感器在许多应用中受到限制
。
[0010]基于光学平台的监测系统及其传感器不受电磁波干扰
。
然而，大多数光学系统采用光强作为传感参考，这不是理想的方法
。
在这些系统中，一根光纤只能支持一个传感器，由于光纤弯曲造成的光衰减可能会误判传感参数
。
[0011]越来越多的光学系统采用光波长作为传感参考
。
在这些理想的光学系统中，一根光纤可以通过波长复用技术支持多个传感器，并且该系统可以精确地监测参数而不受光衰减的影响
。
然而，这些理想的光学系统中，通常采用光纤布拉格光栅作为传感器，其缺点是尺寸大
、
组装工艺复杂
、
性能差
。
[0012]光学标准具是理想的光学系统中的关键部件
。
目前采用具有绝对波长标记周期性透射光谱的标准具由两个单模光纤准直器耦合，其缺点是尺寸太大，不具备热稳定性
。
[0013]TOF
是监测系统中的另一个关键部件
。MEMS TOF
具有比所有其他解决方案更好的光学性能
。
然而，由于
MEMS
微镜被用作
MEMS TOF
中的调谐元件，因此它具有低调谐速度的缺点，无法胜任高速传感的应用
。
[0014]本专利技术申请采用光学
MEMS
技术来设计光学部件
、
传感器和新的系统控制方法，从
而在该新平台中避免了上述问题
。

技术实现思路

[0015]为了解决上述问题，本申请提供了一种基于光学
MEMS
的监测系统，包括
:
宽带光源
、TOF、
光学标准具
、
多个光学接收器
、
多个光学耦合器和多个光学
MEMS
传感器；
TOF
用于捕获光学
MEMS
传感器的光谱，所述光谱选自透射光谱
、
反射光谱和干涉光谱之一；其中光谱中的波峰波长值或波谷波长值对应于待监测的压力
、
温度或应力参数；通过与具有绝对波长标记的光学标准具的周期光谱进行比较，可以得到所述波峰波长值或波谷波长值；所述光学
MEMS
传感器包括光学
MEMS
谐振腔
。
[0016]上述基于光学
MEMS
的监测系统中，所述波峰波长值或波谷波长值是压力
、
温度或应力参数的函数，且所述函数是可预先校准获取的，使得所述系统可以根据所述光学
MEMS
传感器的透射
、
反射或干涉光谱中的波峰波长值或波谷波长值来监测所述压力
、
温度或应力参数
。
[0017]上述基于光学
MEMS
的监测系统中，由于待监测的压力
、
温度或应力参数改变，会导致
MEMS
膜轻微变形，使得所述光学
MEMS
传感器的透射
、
反射或干涉光谱中的波峰波长值或波谷波长值相应地改变
。
[0018]上述基于光学
MEMS
的监测系统中，宽带光源和
TOF
组合可被可调谐激光器代替，用于波长扫描
。
[0019]上述基于光学
MEMS
的监测系统中，所述可调谐激光器包括
TOF、
掺铒光纤放大器
、
泵激光器和多个光学耦合器
。
[0020]上述基于光学
MEMS
的监测系统中，所述光学
MEMS
传感器是光纤尾纤
MEMS
传感器，包括单模光纤
、MEMS
膜和玻璃管；所述光学
MEMS
谐振腔由所述单模光纤的端面和所述
MEMS
膜构成；所述玻璃管用于支撑所述单模光纤和所述
MEMS
膜；所述光学
MEMS
谐振腔的腔是密封的或带有气孔
。
[0021]上述光纤尾纤
MEMS
传感器中，所述单模光纤可由单模透镜光纤代替
。
[0022]上述基于光学
MEMS
的监测系统中，所述光学
MEMS
传感器是光学准直器
MEMS
传感器，包括单模光纤准直器
、MEMS
膜和玻璃管；光学
MEMS
谐振腔由单模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种基于光学
MEMS
的监测系统，其特征在于，包括
:
宽带光源
、TOF、
光学标准具
、
多个光学接收器
、
多个光学耦合器和多个光学
MEMS
传感器；所述
TOF
用于捕获所述光学
MEMS
传感器的光谱，所述光谱选自透射光谱
、
反射光谱和干涉光谱之一；其中所述光谱中的波峰波长值或波谷波长值对应于待监测参数：压力
、
温度或应力；通过与具有绝对波长标记的所述光学标准具的周期光谱进行比较，可以得到所述波峰波长值或波谷波长值；所述光学
MEMS
传感器包括光学
MEMS
谐振腔
。2.
根据权利要求1所述的基于光学
MEMS
的监测系统，其特征在于，所述波峰波长值或波谷波长值为所述待监测参数的预设函数，从而所述系统可根据所述波峰波长值或波谷波长值的绝对波长标记来监测所述待监测参数
。3.
根据权利要求1所述的基于光学
MEMS
的监测系统，其特征在于，所述宽带光源和所述
TOF
的组合可以由可调谐激光器代替，用于波长扫描
。4.
根据权利要求1所述的基于光学
MEMS
的监测系统，其特征在于，所述光学
MEMS
传感器是光纤尾纤
MEMS
传感器，包括单模光纤
、MEMS
膜和玻璃管；所述光学
MEMS
谐振腔由所述单模光纤的端面和所述
MEMS
膜构成；所述玻璃管用于支撑所述单模光纤和所述
MEMS
膜；所述光学
MEMS
谐振腔的腔是密封的或带有气孔
。5.
根据权利要求1所述的基于光学
MEMS
的监测系统，其特征在于，所述光学
MEMS
传感器是光纤准直器
MEMS
传感器，包括单模光纤准直器
、MEMS
膜和玻璃管；所述光学
MEMS
谐振腔由所述单模光纤准直器的透镜平面和所述
MEMS
膜构成；所述玻璃管用于支撑所述支撑单模光纤准直器和所述
MEMS
膜；所述光学
MEMS
谐振腔的腔是密封的或带有气孔
。6.
根据权利要求5所述的基于光学
MEMS
的监测系统，其特征在于，所述单模光纤准直器可由单模双光纤准直器代替
。7.
根据权利要求5所述的基于光学
MEMS
的监测系统，其特征在于，所述单模光纤准直器可由单模光纤透镜代替
。8.
根据权利要求1所述的基于光学
MEMS
的监测系统，其特征在于，所述光学
MEMS
传感器是隔离式的光学
MEMS
传感器，包括玻璃反射镜
、MEMS
膜和玻璃管；所述光学
MEMS
谐振腔由玻璃反射镜和...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩迺骞，
申请(专利权)人：韩迺骞，
类型：发明
国别省市：