[发明专利]一种基于二维光栅和四象限探测器的两轴加速度计结构

权利要求书

1.一种基于二维光栅和四象限探测器的两轴加速度计结构，其特征在于：包括上层结构(1)、中层结构(2)和下层结构(3)，所述中层结构(2)设置在上层结构(1)与下层结构(3)之间，所述上层结构(1)的中部设置有二维光栅(101)，所述中层结构(2)上设置有质量块(201)，所述质量块(201)上固定有玻璃基底(202)，所述玻璃基底(202)上固定有一维光栅(203)，所述下层结构(3)的中部设置有四象限探测器(301)，所述二维光栅(101)的顶部设置有激光器(4)；

所述一维光栅(203)包括上光栅和下光栅，所述上光栅包括第一光栅(2031)、第二光栅(2032)，所述下光栅包括第三光栅(2033)、第四光栅(2034)，所述第一光栅(2031)和第二光栅(2032)的栅线方向一致，所述第一光栅(2031)和第二光栅(2032)栅线相互错位并列放置，所述第三光栅(2033)和第四光栅(2034)的栅线方向一致，所述第三光栅(2033)和第四光栅(2034)并列放置，所述上光栅和下光栅并列铺设在质量块(201)的玻璃基底(202)上，所述上光栅和下光栅的栅线方向相互垂直。

2.根据权利要求1所述的一种基于二维光栅和四象限探测器的两轴加速度计结构，其特征在于：所述质量块(201)通过纵向支撑梁(204)和横向支撑梁(205)固定在中层结构(2)上。

3.根据权利要求1所述的一种基于二维光栅和四象限探测器的两轴加速度计结构，其特征在于：所述第一光栅(2031)、第二光栅(2032)中相互错位的栅线之间相差四分之一个光栅周期，所述第三光栅(2033)、第四光栅(2034)之间相邻的栅线之间相差四分之三个光栅周期。

4.根据权利要求1所述的一种基于二维光栅和四象限探测器的两轴加速度计结构的控制方法，其特征在于：包括下列步骤：

S1、激光器发出的光通过上层结构的二维光栅，此时光发生衍射，经仿真可得二维光栅近场处的衍射Talbot图像；

S2、在第一次Talbot像处放置一维光栅，一维光栅固定在质量块上，二维光栅的Talbot像与一维光栅的明暗区域叠加，随一维光栅移动；

S3、一维光栅和二维光栅透过光的光强呈正弦变化，经四象限探测器转化电信号，经计算获得加速度。

5.根据权利要求4所述的一种基于二维光栅和四象限探测器的两轴加速度计结构的控制方法，其特征在于：所述S3中一维光栅移动产生电信号的方式为：定义光栅的法向方向为Z方向、上光栅的栅线方向为Y轴方向，依据右手定则建立XYZ坐标系，质量块在整体的加速度作用下产生力，从而带动质量块运动，当运动方向为X方向时，纵向支撑梁支撑质量块做X方向运动，此时上光栅与上层结构中的二维光栅相对运动，第一光栅和第二光栅的栅线相互错位，从而造成相位差，探测器可以在此两个象限中接收到明暗变化的信号，而下光栅中的第三光栅和第四光栅的栅线方向均与质量块运动方向相同，故而在此运动中不会产生信号。

6.根据权利要求4所述的一种基于二维光栅和四象限探测器的两轴加速度计结构的控制方法，其特征在于：所述S3中计算获得加速度的方法为：探测器接收光的光强为正弦变化，进而探测器输出电流的大小也为正弦变化，设输出电流的每一个正弦周期对应的时间为t，每一个正弦周期对应着一个光栅周期d，所以当位移x为一个光栅周期d时，加速度a计算公式即为