[实用新型]一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计

权利要求书

1.一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计，其特征在于：所述加速度计主要由封装外壳(14)和布置在封装外壳(14)中的微机械加速度敏感单元(1)和光学微位移测量单元(2)组成，微机械加速度敏感单元(1)位于光学微位移测量单元(2)正下方；所述微机械加速度敏感单元(1)从上到下依次为光栅(3)、质量块-悬臂梁-硅基底微机械结构和下限位板(8)，所述的光学微位移测量单元(2)和微机械加速度敏感单元(1)均通过聚合物固定封装材料(13)封装在封装外壳(14)中。

2.根据权利要求1所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计，其特征在于：所述质量块-悬臂梁-硅基底微机械结构包括硅基底(4)、质量块(6)和悬臂梁(7)，光栅(3)置于硅基底(4)顶面，硅基底(4)中心开有方形通槽，质量块(6)置于方形通槽中，光栅(3)和质量块(6)上表面严格平行，质量块(6)四周侧面分别经各自的悬臂梁(7)与方形通槽的内侧面连接，各个悬臂梁(7)结构相同并以质量块(6)中心呈中心对称分布在质量块(6)四周，硅基底(4)底面置于下限位板(8)上，下限位板(8)中位于方形通槽正下方的部分采用柔性微限位结构；质量块(6)上表面镀有高反膜(5)，高反膜(5)与光栅(3)构成微纳光腔。

3.根据权利要求2所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计，其特征在于：所述下限位板(8)的柔性微限位结构为开设在下限位板(8)上部的多层间隔层叠布置的单晶硅厚膜(24)，每层单晶硅厚膜(24)的厚度为20～50μm，面积与方形通槽大小相同，相邻层单晶硅厚膜(24)之间有0.5～1μm的空气间隙(23)，最上层的单晶硅厚膜(24)上覆盖有聚对二甲苯薄膜(22)作为柔性缓冲层。

4.根据权利要求1所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计，其特征在于：所述光学微位移测量单元(2)包括VCSEL激光器(9)、光电探测器一(10)、光电探测器二(11)和信号处理电路(12)，VCSEL激光器(9)固定在光栅(3)中间正上方的封装外壳(14)内顶面，光电探测器一(10)和光电探测器二(11)固定在光栅(3)同一侧方的封装外壳(14)内顶面，信号处理电路(12)固定在光栅(3)另一侧方的封装外壳(14)内顶面；VCSEL激光器(9)出射激光(15)垂直入射到光栅(3)表面，经光栅(3)和质量块-悬臂梁-硅基底微机械结构反射衍射后的出射光被光电探测器一(10)和光电探测器二(11)接收，光电探测器一(10)和光电探测器二(11)中的其中一个光电探测器置于从光栅(3)出射的第一级干涉衍射光束(16)上。

5.根据权利要求1所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计，其特征在于：所述的质量块(6)厚度为悬臂梁(7)厚度的20～60倍，质量块(6)厚度小于硅基底(4)的厚度。

6.根据权利要求1所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计，其特征在于：加速度计静止状态下，所述悬臂梁(7)、所述质量块(6)和所述硅基底(4)三者的中心平面重合。

7.根据权利要求1所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计，其特征在于：所述的质量块-悬臂梁-硅基底微机械结构采用SOI基片制作，SOI基片采用高度对称的五层基片，五层基片从上到下分别为基底层一(17)、阻挡层一(18)、器件层(19)、阻挡层二(20)和基底层二(21)，悬臂梁(7)厚度等于SOI基片中单晶硅器件层(19)的厚度。