[发明专利]基于激光反馈干涉的微光机电加速度计

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于激光反馈干涉的微光机电加速度计，属于激光和精密测量技术领域。

背景技术

加速度计是惯性导航系统和惯性制导系统的重要器件，用来测量运动物体的加速度和线性位移。已有的加速度计种类繁多，基本上都具有敏感质量快、检测部分以及信号处理电路三部分组成。敏感质量块用来感受外界加速度信号，并将其转化为自身的位移信息。检测部分是测量敏感质量块的位移，可分为电信号检测和光信号检测两种。信号处理电路则都是将检测部分得到的信息进行处理，输出加速度信息特征。

光信号检测的加速度计，即光学加速度计具有灵敏度高的优点，得到广泛的应用。光学加速度计主要分为光强调制型、相位调制型和波长调制型。光强调制型结构简单，但精度不高；相位调制型和波长调制型精度较高，但由于存在光纤元件，体积不能做得很小。随着航空、航海和宇航事业的发展，对于加速度计的要求越来越高，不但要求高精度，还要求减轻重量，减小体积等。传统的光学加速度计的体积已经不能满足要求。

微光机电加速度计，简称为MOEMS加速度计，是一种基于光学测试技术和MEMS制造技术的新型加速度计。在抗电磁干扰、减小体积、提高精度和可实现批量化生产等方面具有独特的优势。

自King于1963年首次报道了激光反馈干涉(又称激光自混合干涉)现象以来，激光反馈干涉技术，尤其是半导体激光反馈干涉技术得到了国际上很多学者的关注，将其应用于形貌、距离、位移、速度及振动等参数的测量。激光反馈干涉是指激光器输出的光被外部物体反射或散射后，其中一部分光又反馈回激光器的谐振腔，该反馈光携带了外部物体的相关信息，与激光腔内激光相混合后，会调制激光器的输出。激光反馈干涉变化规律与光的干涉现象类似，当外部物体移动半个光源波长时激光器输出功率改变一个周期，人们利用激光反馈干涉的影响来检测物理量，从而形成了一门新兴的光学测量技术。此技术可利用被反射面反射的反馈激光对激光器谐振腔的调制来测试反射面的运动情况，从而实现用简单的结构完成高精度的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光反馈干涉的微光机电加速度计，该加速度计由于采用激光反馈干涉技术，故加速度计结构简单，为进一步减少加速度计的尺寸和重量，对加速度计所需部件的空间分布做了优化设计。在本发明中利用微加工技术加工加速度敏感件2、微光学反射镜(A微光学反射镜11、B微光学反射镜31)等结构，同时将上下检测组件中的光源(半导体激光器)、光电探测器、光束准直器等器件集成在一起，利用键合工艺实现多层组装和封装，从而满足加速度计在精度、可靠性、小型化、使用寿命等方面的要求。

本发明采用差动式结构设计，有上下两套测量系统，当加速度敏感件发生位移时，上下两套测量系统的空间光路发生相反的变化，两个激光器的光强也发生相反的变化，可利用信号处理电路进行差动测量来减小测量误差，提高系统的测量分辨率。

本发明是一种基于激光反馈干涉的微光机电加速度计，由上检测组件1、加速度敏感件2、下检测组件3组成，加速度敏感件2放置于上检测组件1与下检测组件3之间，且上检测组件1与下检测组件3结构相同，上检测组件1、加速度敏感件2和下检测组件3采用键合方式进行封装。加速度敏感件2采用悬臂梁结构，其悬臂梁可以是一对、两对或四对，悬臂梁可以直梁、带有上下弯折(拱形)的梁或其他形式(如波浪形)的梁。

本发明微光机电加速度计的优点在于：(1)由于采用激光反馈干涉技术，干涉光路只有一条，所以避免了传统干涉结构普遍存在的结构庞大，光路复杂等问题，使得本发明加速度计变得更加简单、紧凑、稳定。(2)由于敏感质量块结构的上下表面可以对光反射或散射，因此对准直不敏感，易于装调，可降低加工难度。(3)由于可利用微加工技术及光电集成技术将各器件实现集成，所以本发明的加速度计体积小，可批量化生产，成本低，其商业前景广阔。

附图说明

图1是本发明微光机电加速度计的外部结构图。

图2是本发明加速度敏感件的结构图。

图3是本发明上检测组件的结构图。

图4是本发明下检测组件的结构图。

图5A是本发明准直器的结构图。

图5B是本发明另一准直器的结构图。

图6A是三角形微光学反射镜的结构图。

图6B是具有铰链结构微光学反射镜的结构图。

图7是本发明加速度计工作时的光路走向示意图。

图中：                1.上检测组件  11.A微光学反射镜                     12.A光束准直器