[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

说明书

本发明属于加速度计技术领域，具体涉及一种基于二维光栅和四象限探测器的两轴加速度计结构，包括上层结构、中层结构和下层结构，中层结构设置在上层结构与下层结构之间，上层结构的中部设置有二维光栅，中层结构的上设置有质量块，质量块上固定有玻璃基底，玻璃基底上固定有一维光栅，下层结构的中部设置有四象限探测器，二维光栅的顶部设置有激光器。本发明通过一层二维光栅和四象限的一维光栅实现的双轴加速度测量，较传统加速度计，提高了检测量程，同时，利用相错四分之一光栅周期的一维光栅实现两个相位差90°的A、B相信号，从而实现进一步的电学细分，提高了加速度计的灵敏度。本发明用于载体加速度的测量。

技术领域

本发明属于加速度计技术领域，具体涉及一种基于二维光栅和四象限探测器的两轴加速度计结构。

背景技术

惯性导航是一种自主性强、精度高、安全可靠的精密导航技术，目前已广泛应用到航天、航空、航海等领域，也用于导航和制导。加速度计是惯性导航、制导系统中的核心元件，用于测量敏感载体在空间中的线运动，从而为载体的导航、制导提供位置、速度等信息。

二十世纪八十年代以来，随着技术的发展，微机械加速度计逐步成熟并广泛应用于战术导弹、炮弹的低精度惯性导航系统以及汽车、消费电子产品等。从目前加速度计的发展情况来看，加速度计的发展主要分为两个方面，一方面是研制新型的加速度计，另一方面是对现有加速度计进行改进，尽可能提高其性能。可以预见在较长时期内，加速度计仍将会在中、高精度惯性导航领域的应用中发挥重要作用，其未来的发展趋势是在进一步微小型化的同时提高其性能。常见的微加速度计按敏感原理的不同，主要可以分为：隧道效应式加速度计、硅微压阻式加速度计、硅微压电式加速度计、硅微电容式加速度计以及硅微谐振式加速度计等。隧道电流式加速度计，其精密性很高、加工难度大、成品率低、成本较高、低频特性差，不能用于静态加速度的测量；硅微压阻式加速度计工艺简单、成本较低，但是具有分辨率低、温度效应严重等缺点；硅微电容式加速度计灵敏度高、稳定性好、温度漂移相对较小，并且可以利用静电力进行自检，相对于硅微压阻式加速度计，分辨率和精度有所提高，但是硅微电容式加速度计的动态范围较小，并且电容敏感的原理方式也容易受到电磁干扰和寄生电容的影响，去除噪声较为困难。对于光栅式加速度而言，分辨率与光栅常数相关，光栅常数越小分辨率就越小，目前光栅的加工工艺足以使光栅常数到几百纳米，能够保证加速度计具有较高的的分辨率，同时光栅式检测受温度影响较小，温度漂移相对较小，二维光栅与四象限光栅共同作用，能够使光栅式加速度计具有大量程、高灵敏度等优点。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种量程大、灵敏度高、稳定性强的基于二维光栅和四象限探测器的两轴加速度计结构

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于二维光栅和四象限探测器的两轴加速度计结构，包括上层结构、中层结构和下层结构，所述中层结构设置在上层结构与下层结构之间，所述上层结构的中部设置有二维光栅，所述中层结构上设置有质量块，所述质量块上固定有玻璃基底，所述玻璃基底上固定有一维光栅，所述下层结构的中部设置有四象限探测器，所述二维光栅的顶部设置有激光器。

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

所述质量块通过纵向支撑梁和横向支撑梁固定在中层结构上。

所述第一光栅、第二光栅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、第四光栅之间相邻的栅线之间相差四分之三个光栅周期。

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：