[发明专利]一种光电位移传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器及其制备方法，尤其涉及一种光电位移传感器及其制备方法，属于传感器技术领域。

背景技术

目前的基础工程建设中存在着大量的线型工程，如高速公路、铁路、市政管线、输油输气工程、地铁、隧道、桥梁、大坝和堤防等，这些线型工程一般具有跨度大，沿线地貌地质条件复杂等特点，对周边地质、地貌、气候等环境变化比较敏感，常发生差异沉降、变形、渗漏、断裂和侵蚀等工程问题，从而影响了工程的正常使用，造成重大的损失，有时还对工程沿线的生态环境造成严重的影响。因此，采取相应的监测技术手段对线型工程的主体及附属设施进行健康监测和诊断，及时预警预报，是广大科技工作者和工程技术人员必须要面对的重大课题之一。

位移传感器可以广泛应用于工程、工业控制、仪器科学等领域，可以针对工程地形地貌进行监测和在航空航天中进行测量。传统的位移传感器一般使用接触式的电刷，随着使用次数的增多会造成电刷机械疲劳，使用寿命受限，同时由于机械式电刷的尺寸无法做到微米量级，使得基于电刷原理的位移传感器精度不高。目前，高精度的位移传感器主要是利用光栅、磁栅、容栅以及机械技术等原理来反映被测物体的位移大小，制作成本高，价格昂贵，而且高端产品大多被国外产品垄断。

发明内容

本发明针对价格便宜的位移传感器精度低、使用寿命短以及精度高、使用寿命长的位移传感器却价格昂贵的不足，提供了一种光电位移传感器及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种光电位移传感器包括激光器、光纤和位移刻度板，所述激光器安装于被测物体的主轴上，并沿被测物体的主轴进行运动；所述激光器产生的激光束通过所述光纤照射到所述位移刻度板上；所述位移刻度板上的位移刻度由具有光电导效应的半导体材料制成，所述位移刻度板用于感应通过所述光纤传输的激光束，并产生光电流。

进一步，所述位移刻度板通过数字逻辑电路模块连接有数字显示器，所述数字显示器用于接收所述位移刻度板产生的光电流，并通过所述数字逻辑电路模块将光电流转换为相应的位移数字量进行显示

进一步，所述具有光电导效应的半导体材料包括以下至少一种材料：硅、锗以及砷化镓。

进一步，所述激光器产生的激光束的波长等于所述具有光电导效应的半导体材料的光电导最强时的波长。

本发明还提供一种解决上述技术问题的技术方案如下：一种光电位移传感器的制备方法包括以下步骤：

步骤10：制备位移刻度板，所述位移刻度板上的位移刻度由具有光电导效应的半导体材料制成；

步骤20：根据所述位移刻度板上具有光电导效应的半导体材料的光电导最强时的波长选取具有相应激光束波长的激光器，并将所述激光器安装于被测物体的主轴上。

进一步，所述步骤10包括以下步骤：

步骤101：清洗具有光电导效应的半导体材料表面，并在所述半导体材料表面旋涂光刻胶后进行第一次光刻，形成离子注入的区域图形；

步骤102：在所述区域图形中通过离子注入后形成高掺杂区；

步骤103：在经过上述加工后的半导体材料上旋涂光刻胶后进行第二次光刻，形成位移刻度线条图形；

步骤104：在所述位移刻度线条图形上通过蒸发金属制作位移刻度线；

步骤105：通过合金退火工艺使金属位移刻度线与半导体材料之间形成欧姆接触；

步骤106：在整个位移刻度板表面通过等离子化学汽相淀积形成Si₃N₄绝缘层；

步骤107：在所述Si₃N₄绝缘层的表面旋涂光刻胶后进行第三次光刻，形成刻孔区域图形，再采用反应离子刻蚀工艺形成引线刻孔；

步骤108：在所述Si₃N₄绝缘层的表面旋涂光刻胶后进行第四次光刻形成压焊图形，并通过电镀法制备压焊块。

进一步，所述具有光电导效应的半导体材料为本征硅片。

进一步，所述离子注入的区域图形为通过干法腐蚀或者湿法腐蚀形成的深度为600微米的槽。

进一步，所述通过干法腐蚀半导体材料形成离子注入的区域图形的工艺条件包括腐蚀气体为SF₆、腐蚀气体的流量为60sccm、腐蚀气体的速率是2000à/min以及射频功率为30W。

进一步，所述合金退火工艺中退火的温度为380℃，退火的气体环境为：先通入氮气，接着通入氮气和氢气的混合气体，最后再通入氮气。