光栅组微机械加速度传感器及其测量加速度的方法

摘要

本发明公开了一种光栅组微机械加速度传感器及其测量加速度的方法，该传感器包括四组发射接收装置、增反层、第一固定底座、第二固定底座、回形悬臂梁、上层电容平板、下层电容平板、信号处理模块和电流驱动模块；本发明依据伍德异常现象，利用两层光栅由于加速度对质量块的牵引所产生的位移时，反射光产生脉冲式变化的现象，通过在两光栅层制作多组光栅，每组光栅中上下两层光栅初始相对位置的不同设定，使得每组光栅产生脉冲式变化对应的上下两层光栅的微位移量不同，对应的加速度也不同，从而对加速度信号细分，测量加速度。本发明实现了传感系统的小型化，精度高，在航空、军事领域都有很广泛的应用前景。

主权项

一种光栅组微机械加速度传感器，其特征在于：包括四组发射接收装置、增反层（4）、第一固定底座（9）、第二固定底座（15）、回形悬臂梁（10）、上层电容平板（11）、下层电容平板（12）、信号处理模块（13）和电流驱动模块（14）；所述上层电容平板（11）的一端与第一固定底座（9）相连，另一端与第二固定底座（15）相连；上层电容平板（11）的正中间设有质量块区域（17）；在质量块区域（17）的左右两侧刻蚀回形悬臂梁（10），上下两端各设有一与质量块区域（17）相连的T形光栅区，在上层电容平板（11）上围绕质量块区域（17）和T形光栅区刻蚀通道，使得质量块区域（17）仅通过左右侧的回形悬臂梁（10）与上层电容平板（11）连接；在每个T形光栅区顶面的左右两侧各刻蚀第一光栅层（2）；第一固定底座（9）和第二固定底座（15）均固定在增反层（4）上并与增反层（4）电连接；所述下层电容平板（12）上与上层电容平板（11）的四个第一光栅层（2）相对应的位置刻蚀第二光栅层（3），下层电容平板（12）固定在增反层（4）上，与增反层（4）绝缘；每组发射接收装置包括光源（1）、分束器（16）、第一红外光电探测器（5）、第一聚焦透镜组（6）、第二红外光电探测器（7）和第二聚焦透镜组（8）；光源（1）置于上层电容平板（11）的第一光栅层（2）正上方，光源（1）的下方设有分束器（16），第一红外光电探测器（5）和第二红外光电探测器（7）对称置于光源（1）的两侧，第一聚焦透镜组（6）置于第一红外光电探测器（5）的正下方，第二聚焦透镜组（8）置于第二红外光电探测器（7）的正下方；四个第一红外光电探测器（5）和四个第二红外光电探测器（7）均与信号处理模块（13）相连；下层电容平板（12）的两侧通过引线相连后接入电流驱动模块（14）；增反层（4）的两侧通过引线相连后接入电流驱动模块（14）；电流驱动模块（14）与信号处理模块（13）相连；所述光源（1）为带有准直扩束的红外1530nm光源；所述增反层（4）由Si基底上依次镀有600nm的SiO₂和800nm的Si₃N₄形成；所述第一光栅层（2）和第二光栅层（3）均有34组光栅，厚度均为950‑965nm；每组光栅的光栅数为7个，周期T为1400‑1500nm，占空比为0.45‑0.5；第一光栅层（2）中每组光栅的横向间隔为1560nm；第二光栅层（3）中每组光栅的横向间隔为1575nm；第一光栅层（2）与第二光栅层（3）的空气间隙为300‑400nm，横向初始位置在垂直于光栅方向上的间隔为10%T。