一种MEMS惯组传感器结构及其姿态测量方法技术

本发明专利技术属于惯组传感器技术领域，具体涉及一种MEMS惯组传感器结构及其姿态测量方法，包括激光器层、上层光栅结构层、纳米光栅惯性组件结构层、探测器层，所述激光器层的下方设置了上层光栅结构层，所述上层光栅结构层的下方设置了纳米光栅惯性组件结构层，所述纳米光栅惯性组件结构层的下方设置了探测器层。本发明专利技术的纳米光栅惯性组件由X、Y、Z三轴陀螺和三轴加速度结构构成，其主要工作原理是光束垂直入射光栅陀螺与加速度计，双层光栅由于科氏力和惯性力作用下使得双层光栅结构发生相对运动，进而双层光栅后的衍射光强发生变化，通过探测光强的变化进而实现角速率和加速度的测量。强的变化进而实现角速率和加速度的测量。强的变化进而实现角速率和加速度的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS惯组传感器结构及其姿态测量方法


[0001]本专利技术属于惯组传感器
，具体涉及一种MEMS惯组传感器结构及其姿态测量方法。

技术介绍

[0002]姿态解算是实现高精度惯性导航的基础，其中MEMS陀螺和MEMS加速计作为姿态解算中的核心器件，决定了姿态解算的精度，从而在很大程度上影响着导航任务的成败。因此，巨大的军事和民用需求迫切需要具有高精度的MEMS陀螺和MEMS加速度计来实现高精度的姿态解算。姿态解算是根据惯性测量单元数据(陀螺仪、加速度计等)求解出载体的姿态角及位置信息。常规的电容式惯性组件体积较大、精度不高，易受下拉效应及寄生电容影响，尤其是三轴集成过程中下拉效应尤为明显，导致进一步提高导航精度有限。相比于电容式的检测方法，光学检测方式具有抗干扰电磁能力强、高精度、灵敏度高的优势，广泛应用在MEMS惯性器件中。基于纳米光栅惯组检测姿态角是一种具有抗干扰、高精度的方法。在理想状态下，利用MEMS陀螺仪就可以完成捷联式三轴姿态角的测量，但MEMS陀螺仪在测量过程中存在积分误差，使得解算后的姿态角很难达到很高的精度，需要利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS惯组传感器结构，其特征在于：包括激光器层(1)、上层光栅结构层(2)、纳米光栅惯性组件结构层(3)、探测器层(4)，所述激光器层(1)的下方设置有上层光栅结构层(2)，所述上层光栅结构层(2)的下方设置有纳米光栅惯性组件结构层(3)，所述纳米光栅惯性组件结构层(3)的下方设置有探测器层(4)；所述激光器层(1)发出的光透过上层光栅结构层(2)，入射至纳米光栅惯性组件结构层(3)，最终激光汇聚到探测器层(4)。2.根据权利要求1所述的一种MEMS惯组传感器结构，其特征在于：所述激光器层(1)包括第一激光器二极管(5)、第二激光器二极管(6)、第三激光器二极管(7)、第四激光器二极管(8)、第五激光器二极管(9)和第六激光器二极管(10)，所述第一激光器二极管(5)、第二激光器二极管(6)与第三激光器二极管(7)并列设置，所述第四激光器二极管(8)、第五激光器二极管(9)与第六激光器二极管(10)并列设置。3.根据权利要求1所述的一种MEMS惯组传感器结构，其特征在于：所述上层光栅结构层(2)包括第一上层光栅(11)、第二上层光栅(12)、第三上层光栅(13)、第四上层光栅(14)、第五上层光栅(15)、第六上层光栅(16)，所述第一上层光栅(11)、第二上层光栅(12)、第三上层光栅(13)、第四上层光栅(14)、第五上层光栅(15)与第六上层光栅(16)固定连接，所述第一上层光栅(11)设置在第一激光器二极管(5)的光路方向上，所述第二上层光栅(12)设置在第二激光器二极管(6)的光路方向上，所述第三上层光栅(13)设置在第三激光器二极管(7)的光路方向上，所述第四上层光栅(14)设置在第四激光器二极管(8)的光路方向上，所述第五上层光栅(15)设置在第五激光器二极管(9)的光路方向上，所述第六上层光栅(16)设置在第六激光器二极管(10)的光路方向上。4.根据权利要求1所述的一种MEMS惯组传感器结构，其特征在于：所述纳米光栅惯性组件结构层(3)包括第一框架(17)和第二框架(48)，所述第一框架(17)与第二框架(48)并列设置。5.根据权利要求4所述的一种MEMS惯组传感器结构，其特征在于：所述第一框架(17)包括三个正方形区域，所述第一框架(17)的第一个正方形区域的四角分别垂直固定有第一驱动梁(18)、第二驱动梁(19)、第三驱动梁(20)和第四驱动梁(21)，所述第一框架(17)的第二个正方形区域的四角分别垂直固定有第五驱动梁(22)、第六驱动梁(23)、第七驱动梁(24)和第八驱动梁(25)，所述第一框架(17)的第三个正方形区域的四角分别垂直固定有第九驱动梁(26)、第十驱动梁(27)、第十一驱动梁(28)和第十二驱动梁(29)。6.根据权利要求5所述的一种MEMS惯组传感器结构，其特征在于：所述第一框架(17)的三个正方形区域内分别设置有第一质量块(42)、第二质量块(43)和第三质量块(44)，所述第一质量块(42)的四角分别固定有第一检测梁(30)、第二检测梁(31)、第三检测梁(32)和第四检测梁(33)，所述第二质量块(43)的四角分别固定有第五检测梁(34)、第六检测梁(35)、第七检测梁(36)和第八检测梁(37)，所述第三质量块(44)的四角分别固定有第九检测梁(38)、第十检测梁(39)、第十一检测梁(40)和第十二检测梁(41)。7.根据权利要求6所述的一种MEMS惯组传感器结构，其特征在于：所述第二框架(48)包括三个正方形区域，所述第二框架(48)的第一个正方形区域通过第一回折式谐振梁(49)、第二回折式谐振梁(50)、第三回折式谐振梁(51)和第四回折式谐振梁(52)连接有第四质量块(61)，所述第二框架...

【专利技术属性】
技术研发人员：金丽，陈文卿，李孟委，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：