一种光栅干涉衍射式MOEMS加速度计制造技术

本实用新型专利技术公开了一种光栅干涉衍射式MOEMS加速度计，包括MEMS加速度传感结构、光学位移检测组件、信号检测电路以及壳体；MEMS加速度传感结构包括敏感质量块、悬臂梁和内框架，敏感质量块通过悬臂梁与内框架相连，悬臂梁为对称式双层折叠梁，MEMS加速度传感结构采用双器件层SOI基片制作；光学位移检测组件包括从上到下依次设置的垂直腔面发射激光器、准直透镜、固定光栅、可动光栅以及光电探测器，可动光栅设置在固定光栅的近场泰伯效应区域内；固定光栅、可动光栅都在玻璃片基底镀上金属反射膜制作，可动光栅与敏感质量块之间采用阳极键合工艺实现键合。本实用新型专利技术可有效抑制敏感质量块偏转带来交叉轴串扰的影响。质量块偏转带来交叉轴串扰的影响。质量块偏转带来交叉轴串扰的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种光栅干涉衍射式MOEMS加速度计


[0001]本技术涉及微光机电系统和惯性传感器
，具体涉及一种光栅干涉衍射式MOEMS加速度计。

技术介绍

[0002]惯性导航系统建立在惯性原理基础之上，在导航过程中不需要任何外来信息，也不向外辐射任何信息，具备在全天候条件下、全球范围内自主、隐蔽地进行连续三维定位和定向的能力。加速度计作为测量运动载体线加速度的仪表，是惯性导航系统的核心传感器之一。
[0003]MOEMS（Micro
‑
opto
‑
electro
‑
mechanical Systems）即微光机电系统，MOEMS加速度计是融合了微机电系统（Micro
‑
Electro
‑
Mechanical Systems, MEMS）技术和光学检测技术的一种新型加速度计，不仅具有MEMS体积小、质量轻和易大批量生产的优势，更兼具光学检测精度高、响应快和抗电磁干扰的优势，是极具应用潜力的下一代加速度计。
[0004]以光栅作为产生干涉/衍射的光学元件对加速度进行检测，实际上是对位移的检测，通过光栅的相对位移推算出加速度。从光栅位移检测技术的发展历程可以看出，光栅位移检测理论主要分为几何光学和波动光学两大类。现有的基于波动光学的光栅干涉腔式加速度计，其敏感质量块上分布有动梳齿，这些动梳齿与外框架上的固定梳齿构成了一个小型光栅干涉腔，干涉腔的不同级次反射光强会随动梳齿的面外位移发生变化，通过检测光强变化即可获取面外加速度大小。但是这种结构的加速度计，测量结果受交叉轴串扰影响较大。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是提出一种光栅干涉衍射式MOEMS加速度计，旨在解决上述
技术介绍
中光栅干涉腔式加速度计的测量结果受交叉轴串扰影响较大的问题。
[0006]为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：
[0007]一种光栅干涉衍射式MOEMS加速度计，包括MEMS加速度传感结构、光学位移检测组件、信号检测电路以及壳体，所述MEMS加速度传感结构包括敏感质量块、悬臂梁和内框架，所述敏感质量块通过悬臂梁与内框架相连，所述悬臂梁为对称式双层折叠梁，敏感质量块重心位于对称式双层折叠梁中心平面上；
[0008]所述光学位移检测组件包括从上到下依次设置的垂直腔面发射激光器、准直透镜、固定光栅、可动光栅以及光电探测器；所述可动光栅设置在固定光栅的近场泰伯效应区域内，可动光栅的阵列单元和固定光栅的阵列单元对齐；
[0009]所述MEMS加速度传感结构采用双器件层SOI基片制作，所述敏感质量块悬空设置，可动光栅设置在敏感质量块的上表面；所述壳体内设有安装部，固定光栅固定在安装部；所述固定光栅、可动光栅都在玻璃片基底镀上金属反射膜制作，所述可动光栅与敏感质量块之间采用阳极键合工艺实现键合；
[0010]所述MEMS加速度传感结构和光学位移检测组件都装配在壳体内部；所述敏感质量块做离面运动时，固定光栅与可动光栅之间的距离发生变化导致透射光强发生变化，光电探测器将透射光强的变化转化为电信号的变化，信号检测电路通过测量敏感质量块的位移进而推算出加速度的大小。
[0011]进一步地，所述敏感质量块的横截面为正方形。
[0012]进一步地，所述固定光栅和可动光栅的周期均为微米级。
[0013]进一步地，所述金属反射膜的材料是金、银、铜、铝和铂中的一种。
[0014]进一步地，所述金属反射膜采用磁控溅射工艺制备。
[0015]进一步地，所述光电探测器采用基于Ⅲ～
Ⅴ
族半导体材料的光电探测器。
[0016]与现有技术相比，本技术的悬臂梁设计为对称式双层折叠梁，并且使敏感质量块重心位于对称式双层折叠梁中心平面上，可有效抑制敏感质量块偏转带来交叉轴串扰的影响。
附图说明
[0017]图1是本技术一种光栅干涉衍射式MOEMS加速度计的原理示意图。
[0018]图2是本技术一种光栅干涉衍射式MOEMS加速度计的对称式双层折叠梁的立体图。
实施方式
[0019]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明，本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0020]在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0021]请参照图1
‑
2所示，本技术提出的一种光栅干涉衍射式MOEMS加速度计，包括MEMS加速度传感结构、光学位移检测组件、信号检测电路以及壳体10，所述MEMS加速度传感结构包括敏感质量块1、悬臂梁2和内框架3，所述敏感质量块1通过悬臂梁2与内框架3相连。所述MEMS加速度传感结构采用双器件层SOI基片制作，所述双器件层SOI基片为Si
‑
SiO2
‑
Si的三层结构。所述敏感质量块1悬空设置，敏感质量块1的横截面为正方形。
[0022]所述悬臂梁2为对称式双层折叠梁，所述对称式双层折叠梁在SOI基片的双器件层制作。所述敏感质量块1重心位于对称式双层折叠梁中心平面上，对称式双层折叠梁可有效抑制敏感质量块1偏转带来交叉轴串扰的影响。对称式双层折叠梁和正方形的敏感质量块1有益于在敏感轴方向发生位移时保证较好的平行度，折叠型的梁结构在有限的平面空间中延长了悬臂梁2的长度，有助于提高MEMS加速度传感结构的灵敏度。所述悬臂梁2的厚度小
于敏感质量块1的厚度，使得MEMS加速度传感结构在敏感轴方向有着更高的灵敏度。
[0023]所述光学位移检测组件包括从上到下依次设置的垂直腔面发射激光器4、准直透镜5、固定光栅6、可动光栅7以及光电探测器8。垂直腔面发射激光器4作为半导体激光器的一种，由于方便在硅基片上集成这一突出的优点得到了快速的发展和应用。准直透镜5为一种光学装置，用以将光束对准于特定方向，以形成准直光线或平行光线。
[0024]所述固定光栅6、可动光栅7都在玻璃片基底镀上金属反射膜制作。所述金属反射膜的材料是金、银、铜、铝和铂中的一种，所述金属反射膜采用磁控溅射工艺制备。
[0025]用激光垂直照射一个周期性光栅，在其后方特定距离内会出现由多个自成像组成的三角区域，这种效应称为泰伯效应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光栅干涉衍射式MOEMS加速度计，包括MEMS加速度传感结构、光学位移检测组件、信号检测电路以及壳体，其特征在于：所述MEMS加速度传感结构包括敏感质量块、悬臂梁和内框架，所述敏感质量块通过悬臂梁与内框架相连，所述悬臂梁为对称式双层折叠梁，敏感质量块重心位于对称式双层折叠梁中心平面上；所述光学位移检测组件包括从上到下依次设置的垂直腔面发射激光器、准直透镜、固定光栅、可动光栅以及光电探测器；所述可动光栅设置在固定光栅的近场泰伯效应区域内，可动光栅的阵列单元和固定光栅的阵列单元对齐；所述MEMS加速度传感结构采用双器件层SOI基片制作，所述敏感质量块悬空设置，可动光栅设置在敏感质量块的上表面；所述壳体内设有安装部，固定光栅固定在安装部；所述固定光栅、可动光栅都在玻璃片基底镀上金属反射膜制作，所述可动光栅与敏感质量块之间采用阳极键合工艺实现键合；所述MEMS加速度传感结构和光学位移检测组件都装配在壳体内部...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁斌，向祖强，
申请(专利权)人：深圳市天陆海导航设备技术有限责任公司，
类型：新型
国别省市：