[发明专利]单芯片双轴水平光纤加速度传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别是涉及一种单芯片双轴水平光纤加速度传感器及其制备方法。

背景技术

加速度传感器可以测量运动物体加速度，在惯性测量、惯性导航、振动测量等应用中具有广泛的需求。相对于压阻、压电、电容原理的传统加速度传感器，光纤加速度传感器以其技术特点成为一类重要的加速度传感器，正在受到越来越多的重视，在国民经济、国防中获得了广泛应用。在一些重要、特殊应用领域，例如航空航天的制导系统、石油勘探的地震检波系统、舰船的振动监测、桥梁建筑结构检测系统、交通情况监测系统等，急需具有抗电磁干扰、高灵敏度、大动态范围、易复用的高性能光纤加速度传感器。

光纤加速度传感器按光学敏感原理主要可以分为光强调制型、相位调制型和波长调制型，业已开展了广泛、深入的研究，其中MEMS光纤加速度传感器引起了人们广泛的关注。MEMS光纤加速度传感器采用MEMS敏感结构和光纤检测技术，融合了MEMS微制造技术和光纤传感技术的特点，具有体积小、灵敏度高、批量制造等技术优势。

加速度是一个矢量信号，加速度传感器通常具有方向性敏感响应，据此MEMS光纤加速度传感器可以划分为单轴、双轴和三轴MEMS光纤加速度传感器。在诸如矢量水听器，惯性导航和姿态控制等实际应用中，通常需要完整的加速度信息，研制基于MEMS技术的三轴光纤加速度传感器具有重要意义。

通过封装和集成技术，基于MEMS技术的三轴加速度传感器可通过三种方式实现:(1)三个单轴加速度敏感单元直接封装成三轴加速度传感器。这种实现方式增加了三轴加速度传感器的体积和封装成本，而且在封装过程中由于各单轴传感器的正交失配，三轴加速度传感器的交差灵敏度是不可避免的，从而导致传感器的性能退化。(2)由单一质量块和若干弹性梁构成多自由度的加速度传感器，加速度传感器前三个振动模分别传感加速度的三个分量。然而，设计和制造这种单芯片的三轴加速度传感器是复杂的，而且在不同敏感方向具有相同的性能是充满挑战的。(3)三个单轴加速度传感器单元通过MEMS技术制造在单一的衬底上形成单芯片的三轴加速度传感器。与上述的MEMS三轴加速度传感器相比，这类加速度传感器有很多优点：其中包括适中的体积，小的交叉灵敏度，而且易实现在不同敏感方向具有相同性能。但是，目前已实现的基于MEMS技术的单芯片三轴加速度传感器是直接将加速度信号转换成电信号，而不是利用光纤检测技术转换成光信号。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单芯片双轴水平光纤加速度传感器及其制备方法，易于和我们已经实现的基于MEMS技术的垂直轴光纤加速度传感器集成，实现基于MEMS技术的单芯片三轴加速度传感器。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单芯片双轴水平光纤加速度传感器，所述单芯片双轴水平光纤加速度传感器至少包括：

第一基底，用于形成具有两个单轴加速度敏感单元的双轴加速度敏感芯片；所述单轴加速度敏感单元包含微反光镜、弹性梁以及光高反射膜，所述微反光镜由所述弹性梁支撑，所述弹性梁的两端分别与所述微反光镜和支撑框连接，所述光高反射膜附着在所述微反光镜上；

第二基底，形成微反光镜扭转空间，作为晶圆级封装；

以及光纤准直器，与所述双轴加速度敏感芯片通过同一封装管壳封装。

优选地，所述双轴加速度敏感芯片的对加速度的敏感方向与所述的双轴加速度敏感芯片平面平行。

优选地，所述的双轴加速度敏感芯片将水平方向的加速度转化为所述微反光镜的扭转角。

优选地，所述单芯片双轴水平光纤加速度传感器包括两个光纤准直器，位于所述双轴加速度敏感芯片的同一侧。

优选地，所述两个单轴加速度敏感单元的敏感方向正交。

优选地，所述微反光镜的重心在所述弹性梁轴线正下方。

优选地，利用所述光纤准直器对入射光耦合特性和所述双轴加速度敏感芯片实现单芯片双轴水平光纤加速度传感器。

优选地，利用所述光纤准直器对入射光耦合特性和所述的单轴加速度敏感单元实现单轴光纤加速度传感器。

优选地，所述的光纤准直器包括单光纤准直器或双光纤准直器。

优选地，所述单芯片双轴水平光纤加速度传感器还包括：形成在所述第一基底或所述第二基底的微机电器件。

更优选地，所述微机电器件包括加速度传感器、磁传感器、陀螺仪、压力传感器、湿度传感器、温度传感器、声传感器中的一种或多种。