[發明專利]三明治式光學微機械加速度傳感器

無效

• 申請號: 201010104147.7
• 申請日: 2010-01-26
• 公開（公告）號: CN101788570A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 侯昌倫;曾旭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01P15/093
• 分類號: G01P15/093
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及傳感器，尤其涉及一種三明治式光學微機械加速度傳感器。

背景技術

加速度傳感器作為最重要的慣性儀表之一，在慣性導航和慣性制導系統中有著廣泛的應用，尤其與海陸空天運載體的自動駕駛及先進武器的高精度制導聯系在一起而倍受重視。近年來隨著集成電路制造工藝和微機械加工工藝的發展，以這兩種制造工藝為基礎的微機械加速度傳感器得到了快速發展。微機械加速度傳感器以其體積小、重量輕、功耗小、成本低、易集成、過載能力強和可批量生產等特點，不僅成為微型慣性測量組合的核心器件，也迅速擴大到其他民用領域。目前，隨著對微機械加速度傳感器性能要求的提高，特別是中高精度微加速度傳感器應用需求的不斷擴展，與光學測量和微光學技術相結合的高精度微光機電加速度傳感器的研究成為了一個重要發展方向。

在現有報道中，光學微機械加速度傳感器大多采用基于干涉或衍射等理論，通過外界加速度的變化引起干涉條紋或者衍射條紋的變化。由于干涉測量的精度主要為波長量級，因此對加速度的精度的提高起了限制作用。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的問題，提供一種三明治式光學微機械加速度傳感器。

本發明的目的是基于以下方法實現的：

三明治式光學微機械加速度傳感器包括激光光源、擴束透鏡組、分光棱鏡、第一光電探測器、玻璃基底、多晶硅薄膜層、第一硅基底、第二硅基底、聚焦透鏡組、第一亞波長光柵、彈性梁、位移執行器、第二光電探測器、質量塊正面淺凹槽、質量塊、質量塊背面凹槽、第二亞波長光柵；玻璃基底上依次設有激光光源、擴束透鏡組、分光棱鏡、聚焦透鏡組、第一光電探測器，玻璃基底下依次設有多晶硅薄膜層、第一硅基底、第二硅基底，多晶硅薄膜層上設有第一亞波長光柵，第一硅基底上設有設有質量塊正面淺凹槽，質量塊正面淺凹槽內設有第二亞波長光柵、彈性梁、位移執行器、質量塊正面淺凹槽、質量塊，質量塊上部設有第二亞波長光柵，質量塊兩端分別設有彈性梁，質量塊兩側分別設有位移執行器，質量塊下部設有質量塊背面凹槽，第二硅基底上設有第二光電探測器；光從激光光源發出，通過擴束透鏡組、分光棱鏡產生兩路激光、一路激光通過聚焦透鏡組，照射到第一光電探測器上，另外一路激光通過分光棱鏡、至玻璃基底、第一亞波長光柵、第二亞波長光柵，由第二光電探測器接收。

所述的第一亞波長光柵或第二亞波長光柵的周期為0.3～2微米，厚度為0.5～3微米，第一亞波長光柵與第二亞波長光柵之間的空氣間隙為0.05～1微米。

本發明利用兩組亞波長光柵之間的相互運動，來對反射光強進行調制，通過此方法，可以突破傳統加速度計的精度，可以被用于慣性導航，地表探測等方面。采用三明治的結構，能夠大大縮小系統的體積，將光源，傳感單元，探測器集成在一起，能夠實現傳感系統的小型化，在航空，軍事領域都具有很廣泛的應用前景。

本發明結構緊湊、體積小、質量輕；探測信號信噪比高，能夠精確反映加速度的變化；系統靈活；測量精度高，突破了現有加速度傳感器的探測精度。

附圖說明

圖1是三明治式光學微機械傳感器的系統結構示意圖；

圖2是三明治式光學微機械傳感器的系統結構分解圖；

圖3是本發明的表面加工有亞波長光柵的玻璃基底圖；

圖4是本發明的表面刻有凹槽，并加工有亞波長光柵、質量塊、彈性梁、和電容式微位移執行器的硅基底的正面圖；

圖5是本發明的表面刻有凹槽，并加工有亞波長光柵、質量塊、彈性梁、和電容式微位移執行器的硅基底的背面圖；

圖6是本發明的玻璃基底和硅基底鍵合后，兩組亞波長光柵耦合后的剖面示意圖；

圖7是本發明的加工在另一硅基底上的光電探測器的示意圖。

具體實施方式