[发明专利]一种基于正交载波调制的MOEMS加速度传感器系统

说明书

本发明提供一种基于正交载波调制的MOEMS加速度传感器系统，解决了模拟解调过程中激光载波信号和参考信号相位差波动影响MOEMS传感器系统输出信号的问题，提高信号检测精度，同时适用范围广泛。包括：电压驱动信号单元用于输出两路相位差为90°的直流偏置正弦电压信号；LD驱动电流控制单元用于将相应的两路直流偏置正弦电压信号转化为相位差为90°的直流偏置正弦电流信号并输出；激光输出单元用于输出两路直流偏置正弦电流信号对应的两路激光信号至MEMS芯片；光信号处理回路用于将经MEMS芯片后携带有加速度信息的两路激光信号转化为两路电信号，对两路电信号进行解调获得两路解调信号后进行算法处理并输出加速度信号。

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS)传感器技术领域，具体为一种基于正交载波调制的MOEMS加速度传感器系统。

背景技术

集成式MOEMS加速度传感器，将MEMS敏感芯片、激光芯片及光电二极管等元件集成在微型壳体内，解决了光纤MEMS加速度传感器性能、体积、成本及实用性问题，应用前景广泛，由于半导体激光器具有体积小、重量轻、波长范围宽、可靠性高以及可直接调制等优点，被普遍用作集成式MOEMS加速度传感器的光源，但是半导体激光器相对于He-Ne激光器而言，也有着温度特性差、输出光发散和噪声较大等缺点。特别是半导体激光器引入的相对光强噪声在传感器系统所有的噪声源中所占比重较大，降低了传感器系统的工作性能。所以为了降低集成式MOEMS加速度传感器系统的噪声水平，提高其分辨率，必须采用相关手段有效的抑制半导体激光器引入的相对光强噪声。

现有技术中，为了抑制半导体激光器引入的相对光强噪声，通常采用以下几种方法：一是简单的强度调制的方法，这种方法利用相对光强噪声的1/f噪声特性和半导体激光器可直接调制的特点，首先将半导体激光器输出的激光信号调制到高频带，激光信号从MEMS芯片输出并转换成电信号后，再利用锁相放大器解调的方法来降低相对光强噪声，提高信号检测精度。这种方法的系统结构简单，但是不能完全消除低频噪声对MOEMS加速度传感器系统的干扰。二是采用闭环控制的方法，在强度调制的基础上采用光源强度闭环控制的方法，抑制了光源波动对输出精度和系统噪声的影响，该装置中一束激光经过MOEMS加速度计芯片后产生多个衍射光斑，其中0级和1级衍射光斑分别由两路光信号检测回路进行处理，最终在FPGA模块中求解出光源强度噪声信息并在输出信号中加以去除，而且根据光源强度噪声信息实时调控光源，从而实现了抑制了光源波动对传感器系统输出精度和系统噪声影响的目的，该方案是一种闭环反馈控制方案，控制系统结构复杂，实际应用时调节难度较大，而且该方案应用的光力耦合加速度计是光栅式加速度计，利用激光经过加速度计芯片后的0级和±1级光斑的特性很容易通过算法得到光源强度噪声分量，而在不增加光学元件的前提下，对于其他类型的光学传感器来说，实现这一过程比较困难，通常一束激光经过MEMS芯片后只会产生一个光斑，也就是说无法完全适用于大部分的MOEMS传感器系统。同时以上方案都没有考虑模拟解调过程中激光载波信号和参考信号相位差波动影响MOEMS传感器系统输出信号的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于正交载波调制的MOEMS加速度传感器系统，解决了模拟解调过程中激光载波信号和参考信号相位差波动影响MOEMS传感器系统输出信号的问题，提高信号检测精度，同时适用范围广泛。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于正交载波调制的MOEMS加速度传感器系统，包括依次连接的电压驱动信号单元、LD驱动电流控制单元、激光输出单元、MEMS芯片和光信号处理回路，所述光信号处理回路包括激光信号检测单元、电流-电压转化单元、带通滤波单元、参考信号输出单元、锁相解调单元、模数转换单元和微控制单元；