[发明专利]脉冲微机械加速度传感器及其测量加速度的方法

摘要

本发明公开了一种脉冲微机械加速度传感器及其测量加速度的方法，该传感器包括四组发射接收装置、增反层、第一固定底座、第二固定底座、回形悬臂梁、上层电容平板、下层电容平板、信号处理模块和电流驱动模块；每组发射接收装置包括光源、分束器、两个红外光电探测器和两个聚焦透镜组。本发明依据伍德异常现象中的一种特殊情况，即精确控制两层光栅间隔在1/5的波长量级时，调整光栅的周期、占空比等参数，两层光栅由于加速度对质量块牵引产生位移时，反射光产生脉冲式变化的现象，比一般的伍德异常光强变化平缓曲线有更高的斜率，能够极大地放大微小位移的信号，从而根据位移测量加速度。本发明扩大了动态范围，在军事领域有很广泛应用前景。

主权项

一种脉冲微机械加速度传感器，其特征在于：包括四组发射接收装置、增反层（4）、第一固定底座（9）、第二固定底座（15）、回形悬臂梁（10）、上层电容平板（11）、下层电容平板（12）、信号处理模块（13）和电流驱动模块（14）；所述上层电容平板（11）的一端与第一固定底座（9）相连，另一端与第二固定底座（15）相连；上层电容平板（11）的正中间设有质量块区域（19）；在质量块区域（19）的左右两侧刻蚀回形悬臂梁（10），上下两端各设有一与质量块区域（19）相连的T形光栅区，在上层电容平板（11）上围绕质量块区域（19）和T形光栅区刻蚀通道；所述通道在质量块区域（19）的四个角上具有梳状结构，梳状结构在质量块区域形成的梳状齿作为第一梳状电极（17），与第一梳状电极（17）配对的梳状齿作为第二梳状电极（18），所述第二梳状电极（18）靠静电力被第一梳状电极（17）吸引或排斥；在每个T形光栅区顶面的左右两侧各刻蚀运动光栅（2）；第一固定底座（9）和第二固定底座（15）均固定在增反层（4）上并与增反层（4）电连接；所述下层电容平板（12）上与上层电容平板（11）的四个运动光栅（2）相对应的位置刻蚀固定光栅（3），下层电容平板（12）固定在增反层（4）上，与增反层（4）绝缘；每组发射接收装置包括光源（1）、分束器（16）、第一红外光电探测器（5）、第一聚焦透镜组（6）、第二红外光电探测器（7）和第二聚焦透镜组（8）；光源（1）置于上层电容平板（11）的运动光栅（2）正上方，光源（1）的下方设有分束器（16），第一红外光电探测器（5）和第二红外光电探测器（7）对称置于光源（1）的两侧，第一聚焦透镜组（6）置于第一红外光电探测器（5）的正下方，第二聚焦透镜组（8）置于第二红外光电探测器（7）的正下方；四个第一红外光电探测器（5）和四个第二红外光电探测器（7）均与信号处理模块（13）相连；下层电容平板（12）的两侧通过引线相连后接入电流驱动模块（14）；增反层（4）的两侧通过引线相连后接入电流驱动模块（14）；电流驱动模块（14）与信号处理模块（13）相连；所述光源（1）为带有准直扩束的红外1530nm光源；所述增反层（4）由Si基底上依次镀有600nm的SiO2和800nm的Si3N4形成；所述运动光栅（2）和固定光栅（3）厚度均为950‑965nm；光栅数均为30‑80个，周期T均为1493‑1500nm，占空比均为0.45‑0.5；运动光栅（2）与固定光栅（3）的空气间隙为300‑400nm。