纳米光栅离心式三轴MEMS惯组装置制造方法及图纸

纳米光栅离心式三轴MEMS惯组装置，主要结构包括上基板、动光栅层、定光栅层、下基板、光电探测器、检测梁、联接块、质量块、动光栅、凸台、激光光源、导线组成，上基板内设置光电探测器、导线，动光栅层设置支撑框架、中央设有动光栅的质量块、检测梁、联接块，定光栅层设置定光栅，下基板内设置激光光源、导线，此装置无需驱动，该惯组装置具有量程大、结构简单、正交耦合误差小、横向误差小的优点。

【技术实现步骤摘要】
纳米光栅离心式三轴MEMS惯组装置
本技术涉及纳米光栅离心式三轴MEMS惯组装置，属微惯性导航技术相关领域。
技术介绍
惯性测量组件常用的方式为捷联式和平台式，捷联式灵敏度提高依赖于各分立器件的灵敏度提高，装配及设计误差无法满足三个轴向上微陀螺及微加速度计正交装配，使得调理电路复杂程度高，调试困难，平台式由于体积大不利于小型化集成化。目前微机械惯组装置中微机械陀螺主流驱动方式是通过电容极板带动质量块谐振，由于加工存在误差，使得陀螺无法达到最初设计时的对称性，结构误差产生的机械耦合会使输出产生较大噪声，而补偿由加工带来的误差一般为表头放置检测模块，次级电路输出相应补偿，这样给次级处理电路设计带来巨大难题，成本较高。谐振式微机械陀螺受到外部振动或冲击时会使陀螺的输出失真，目前并未出现有效的片内解决方案，本设计微陀螺结构采用离心力驱动质量块产生运动，利用纳米光栅检测质量块运动产生的微位移，采用差分输出方式，有效减小了正交耦合误差，降低了由加工误差产生的一系列噪声及由外部振动或冲击造成的输出失真。纳米光栅对微位移进行检测，具有高分辨率、低噪声的优点，其分辨率可达飞米级，在位移测量及对位移敏感的加速度传感器中得到了原理验证，本专利提出的采用纳米光栅检测的微惯性测量组件，拟通过原理创新的途径来解决微惯性组件中加速度及微弱离心力检测，预期精度比电容检测方式式相比提高一到两个数量级。
技术实现思路
技术目的本技术的目的就是针对
技术介绍
的不足，设计采用纳米光栅检测的离心式惯组装置，以大幅度降低正交耦合误差、横向误差，降低由外部振动或冲击产生的输出失真、提高检测分辨力，使检测数据更加准确、可靠。技术方案本技术主要结构由：上基板、动光栅层、定光栅层、下基板、光电探测器、惯组敏感机构、激光光源组成；上基板1通过上基板凸台5与动光栅层2粘结牢固，动光栅层2通过动光栅凸台6与定光栅层3上表面粘结牢固，定光栅层3下表面与下基板4通过下基板凸台7粘结牢固。所述上基板1为方形，前后左右及中心设置光电探测器101、102、103，并粘结牢固，光电探测器101、102、103正极由导线101a、102a、103a引出，光电探测器101、102、103负极由导线101b、102b、103b。所述动光栅层2为方形，包括敏感机构201、202、Z加速度计203、支撑框架21，敏感机构与支撑框体支撑框体连接牢固，敏感机构201、202包含折叠梁205、206、质量块204、中央设有动光栅200的质量块204，Z轴加速度计敏感机构203设置弹性梁2031、2032、中央设有动光栅2034的质量块2033。所述定光栅层3为方形，包括定光栅301、302、303，共计5个，定光栅301、302与动光栅200对应设置，定光栅303与动光栅2034对应设置。所述动光栅与定光栅通过干法刻蚀技术生成。所述下基板4为方形，材料为硅，在下基板4的上表面前后左右及中心对称设置激光光源1、402、403，并粘结牢固，激光光源1、402、403正极由导线401a、402a、403a引出，激光光源1、402、403负极由导线401b、402b、403b引出。有益效果本技术与
技术介绍
相比具有明显的先进性，此检测装置是采用整体结构设计，检测X、Y、Z轴角速率与加速度的敏感机构集成制作于同一支撑框架内，结构设计合理，适合器件的微型化；采用纳米光栅检测方式，动光栅层内质量块设置有动光栅，动光栅正对于定光栅层内设置的定光栅，分辨力高，不受温度影响，本技术的惯组装置无需驱动，正交耦合误差小，横向误差小，受外界振动或冲击影响小，结构简单、可靠性好、容易单片集成，适用于高速旋转物体的姿态测量。附图说明图1为本技术整体结构示意图图2为本技术整体主视图图3为本技术上基板仰视图图4为本技术上基板结构示意图图5为本技术动光栅层俯视图图6为本技术动光栅层结构示意图图7为本技术定光栅层俯视图图8为本技术定光栅层结构示意图图9为本技术下基板俯视图图10为本技术下基板结构示意图图11为本技术敏感机构俯视图图12为本技术敏感机构结构示意图图13为本技术折叠梁俯视图图14为本技术折叠梁结构示意图图15为本技术Z轴加速度计敏感机构俯视图图16为本技术Z轴加速度计敏感机构结构示意图图17为本技术纳米光栅结构示意图图18为本技术纳米光栅剖视图图中所示，附图标记清单如下：1、上基板，2、动光栅层，3、定光栅层，4、下基板，5、上基板凸台，6、动光栅层凸台，7、下基板凸台，21、动光栅支撑框体，101、第一激光探测器，101a、第一激光探测器正极导线，101b、第一激光探测器负极导线，102、第二激光探测器，102a、第二激光探测器正极导线，102b、第二激光探测器负极导线，103、第三激光探测器，103a、第三激光探测器正极导线，103b、第三激光探测器负极导线，200、动光栅，201、第一敏感机构，202、第二敏感机构，203、Z轴加速度计敏感机构，204、质量块，205、第一折叠梁，206、第二折叠梁，2031、第一弹性梁，2032、第二弹性梁，2033、质量块，2034、动光栅，2051、弹性梁，2052、联接块，301、第一定光栅，302、第二定光栅，303、第三定光栅，401、第一激光光源，401a、第一激光光源正极导线，401b、第一激光光源负极导线，402、第二激光光源，402a、第二激光光源正极导线，402b、第二光光源负极导线，403、第三激光光源，403a、第三激光光源正极导线，403b、第三激光光源负极导线，61、动光栅栅线，62、定光栅栅线，a、动光栅栅线狭缝，b、定光栅栅线狭缝，c、光栅间隙。具体实施方式下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的组合或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。另外，本技术实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。以下结合附图对本技术做进一步说明：如图1所示，为本技术所提供的纳米光栅离心式三轴MEMS惯组装置，所述三轴MEMS惯组装置包括一个上基板1、一个动光栅层2、一个定光栅层3、及一个下基板4，所述上基板1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米光栅离心式三轴MEMS惯组装置，其特征在于，所述MEMS惯组装置包括：上基板、动光栅层、定光栅层及下基板，所述上基板、动光栅层、定光栅层及下基板依次叠层布置；所述MEMS惯组装置还包括纳米检测单元，所述纳米检测单元数量为多个，分别被布置在边侧及中心处；所述纳米检测单元包括：激光探测器、动光栅、定光栅、及激光光源，所述激光探测器、动光栅、定光栅、及激光光源分别设置在所述上基板、动光栅层、定光栅层及下基板上，同一个纳米光栅检测单元内，所述激光探测器、动光栅、定光栅、及激光光源置于同一竖直线上；所述动光栅布置在中心质量块及边侧质量块上，所述边侧质量块通过折叠梁结构连接在所述动光栅层上，所述中心质量块通过弹性梁连接在所述动光栅层上。

【技术特征摘要】
1.纳米光栅离心式三轴MEMS惯组装置，其特征在于，所述MEMS惯组装置包括：上基板、动光栅层、定光栅层及下基板，所述上基板、动光栅层、定光栅层及下基板依次叠层布置；所述MEMS惯组装置还包括纳米检测单元，所述纳米检测单元数量为多个，分别被布置在边侧及中心处；所述纳米检测单元包括：激光探测器、动光栅、定光栅、及激光光源，所述激光探测器、动光栅、定光栅、及激光光源分别设置在所述上基板、动光栅层、定光栅层及下基板上，同一个纳米光栅检测单元内，所述激光探测器、动光栅、定光栅、及激光光源置于同一竖直线上；所述动光栅布置在中心质量块及边侧质量块上，所述边侧质量块通过折叠梁结构连接在所述动光栅层上，所述中心质量块通过弹性梁连接在所述动光栅层上。2.根据权利要求1所述的纳米光栅离心式三轴MEMS惯组装置，其特征在于，所述上基板的四个角落处面向动光栅层的一侧上分别延伸出上基板凸台，所述上基板凸台的数量为四个，所述上基板凸台将所述上基板支撑在所述动光栅层上侧面；所述上基板的激光探测器包括两个过中心轴向方向上的第一激光探测器，两个所述第一激光探测器在竖直方向相互对应设置，并分别设置在上基板边侧的中心位置上；所述激光探测器还包括第二激光探测器，两个所述激光探测器在水平方向上相互对应设置，并两个所述第二激光探测器的连线与两个所述第一激光探测器的连线相互垂直；两个所述第二激光探测器同样分别设置在所述上基板边侧的中心位置处；所述激光探测器还包括一个设置在上基板中心处的第三激光探测器；所述第一激光探测器分别连接探测器第一输入导线，及探测器第一输出导线，所述输入及输出位置可置换；所述第二激光探测器分别连接探测器第二输入导线，及探测器第二输出导线，所述输入及输出位置可置换；所述第三激光探测器分别连接探测器第三输入导线，及探测器第三输出导线，所述输入及输出位置可以置换。3.根据权利要求2所述的纳米光栅离心式三轴MEMS惯组装置，其特征在于，所述动光栅层与所述上基板的整体形状一致，所述动光栅层的四个角落处具有向下延伸的支撑框架，所述支撑框架与所述上基板凸台的位置相互对应；所述动光栅层的任意一组相对两边上分别设置有第一敏感机构，及另外一组相对两边上分别设置有第二敏感机构、及设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：李孟委，梁洲鑫，耿浩，李秀源，吴倩楠，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：新型
国别省市：山西,14