[实用新型]纳米光栅离心式三轴MEMS惯组装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及纳米光栅离心式三轴MEMS惯组装置，属微惯性导航技术相关领域。

背景技术

惯性测量组件常用的方式为捷联式和平台式，捷联式灵敏度提高依赖于各分立器件的灵敏度提高，装配及设计误差无法满足三个轴向上微陀螺及微加速度计正交装配，使得调理电路复杂程度高，调试困难，平台式由于体积大不利于小型化集成化。

目前微机械惯组装置中微机械陀螺主流驱动方式是通过电容极板带动质量块谐振，由于加工存在误差，使得陀螺无法达到最初设计时的对称性，结构误差产生的机械耦合会使输出产生较大噪声，而补偿由加工带来的误差一般为表头放置检测模块，次级电路输出相应补偿，这样给次级处理电路设计带来巨大难题，成本较高。谐振式微机械陀螺受到外部振动或冲击时会使陀螺的输出失真，目前并未出现有效的片内解决方案，本设计微陀螺结构采用离心力驱动质量块产生运动，利用纳米光栅检测质量块运动产生的微位移，采用差分输出方式，有效减小了正交耦合误差，降低了由加工误差产生的一系列噪声及由外部振动或冲击造成的输出失真。

纳米光栅对微位移进行检测，具有高分辨率、低噪声的优点，其分辨率可达飞米级，在位移测量及对位移敏感的加速度传感器中得到了原理验证，本专利提出的采用纳米光栅检测的微惯性测量组件，拟通过原理创新的途径来解决微惯性组件中加速度及微弱离心力检测，预期精度比电容检测方式式相比提高一到两个数量级。

实用新型内容

实用新型目的

本实用新型的目的就是针对背景技术的不足，设计采用纳米光栅检测的离心式惯组装置，以大幅度降低正交耦合误差、横向误差，降低由外部振动或冲击产生的输出失真、提高检测分辨力，使检测数据更加准确、可靠。

技术方案

本实用新型主要结构由：上基板、动光栅层、定光栅层、下基板、光电探测器、惯组敏感机构、激光光源组成；上基板1通过上基板凸台5与动光栅层2粘结牢固，动光栅层2通过动光栅凸台6与定光栅层3上表面粘结牢固，定光栅层3下表面与下基板4通过下基板凸台7粘结牢固。

所述上基板1为方形，前后左右及中心设置光电探测器101、102、103，并粘结牢固，光电探测器101、102、103正极由导线101a、102a、103a引出，光电探测器101、102、103负极由导线101b、102b、103b。

所述动光栅层2为方形，包括敏感机构201、202、Z加速度计203、支撑框架21，敏感机构与支撑框体支撑框体连接牢固，敏感机构201、202包含折叠梁205、206、质量块204、中央设有动光栅200的质量块204，Z轴加速度计敏感机构203设置弹性梁2031、2032、中央设有动光栅2034的质量块2033。

所述定光栅层3为方形，包括定光栅301、302、303，共计5个，定光栅301、302与动光栅200对应设置，定光栅303与动光栅2034对应设置。

所述动光栅与定光栅通过干法刻蚀技术生成。

所述下基板4为方形，材料为硅，在下基板4的上表面前后左右及中心对称设置激光光源1、402、403，并粘结牢固，激光光源1、402、403正极由导线401a、402a、403a引出，激光光源1、402、403负极由导线401b、402b、403b引出。

有益效果

本实用新型与背景技术相比具有明显的先进性，此检测装置是采用整体结构设计，检测X、Y、Z轴角速率与加速度的敏感机构集成制作于同一支撑框架内，结构设计合理，适合器件的微型化；采用纳米光栅检测方式，动光栅层内质量块设置有动光栅，动光栅正对于定光栅层内设置的定光栅，分辨力高，不受温度影响，本实用新型的惯组装置无需驱动，正交耦合误差小，横向误差小，受外界振动或冲击影响小，结构简单、可靠性好、容易单片集成，适用于高速旋转物体的姿态测量。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图

图2为本实用新型整体主视图

图3为本实用新型上基板仰视图

图4为本实用新型上基板结构示意图

图5为本实用新型动光栅层俯视图

图6为本实用新型动光栅层结构示意图

图7为本实用新型定光栅层俯视图

图8为本实用新型定光栅层结构示意图

图9为本实用新型下基板俯视图

图10为本实用新型下基板结构示意图

图11为本实用新型敏感机构俯视图

图12为本实用新型敏感机构结构示意图