光学加速度计和惯性导航系统技术方案

本申请提供了一种光学加速度计和惯性导航系统。该光学加速计包括宽带光源、滤波器、光谱探测仪以及计算模块，其中，滤波器具有FP腔，滤波器位于宽带光源的一侧，滤波器用于接收宽带光源的发射光，并输出透射光，且作用在滤波器上的加速度不同时，对应的FP腔的腔长不同；光谱探测仪位于滤波器的远离宽带光源的一侧，光谱探测仪用于检测透射光的中心波长；计算模块用于根据中心波长，确定对应的加速度并输出。本申请的光学加速度计利用滤波器的FP腔的腔长对应不同的透射光的中心波长，来进行加速度量测，保证了灵敏度较高，避免了现有技术中电容式类型加速度计存在信噪比低、功耗大且易受到电磁干扰的问题。受到电磁干扰的问题。受到电磁干扰的问题。

【技术实现步骤摘要】
光学加速度计和惯性导航系统


[0001]本申请涉及惯性导航领域，具体而言，涉及一种光学加速度计和惯性导航系统。

技术介绍

[0002]导航方式主要有卫星定位导航及惯性导航等，卫星定位导航易受到外界干扰，而惯性导航是唯一一种不依赖于外界信息即可实现自主导航的方式，因此在一些特殊应用中具有重要的应用价值。惯性导航中核心元器件包括惯性加速度计与惯性陀螺，其中惯性加速度计用于测量载体的加速度，惯性陀螺仪用于测量载体的角速度，进而推算出载体的空间位置。
[0003]在惯性导航中，导航误差会随着导航时间的加长而积累，惯性导航系统中惯性元件的传感精度会大大影响导航精度，因此，惯性导航对高精度加速度计和高精度陀螺具有迫切的需求。目前，惯性导航中主要使用基于MEMS(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System，微机电系统)工艺的电容式加速度计，当有加速度输入时，MEMS质量块由于惯性会产生对应的位移，从而改变加速度计中质量块两侧电容的电容大小，通过合适的差分放大电路，可以将上述电容变化转换为电信号，从而得出加速度。
[0004]但是，电容式类型加速度计存在信噪比低、功耗大且易受到电磁干扰的问题，限制了其应用场景的拓展。
[0005]在
技术介绍
部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的
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的理解，因此，
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中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。

技术实现思路

[0006]本申请的主要目的在于提供一种光学加速度计和惯性导航系统，以解决现有技术中电容式加速度计信噪比低、功耗大且易受到电磁干扰的问题。
[0007]为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种光学加速度计，包括宽带光源、滤波器、光谱探测仪以及计算模块，其中，所述滤波器具有FP(Fabry
‑
Perot，法布里
‑
珀罗)腔，所述滤波器位于所述宽带光源的一侧，所述滤波器用于接收所述宽带光源的发射光，并输出透射光，且作用在所述滤波器上的加速度不同时，对应的所述FP腔的腔长不同；所述光谱探测仪位于所述滤波器的远离所述宽带光源的一侧，所述光谱探测仪用于检测所述透射光的中心波长；所述计算模块用于根据所述中心波长，确定对应的所述加速度并输出。
[0008]可选地，所述光谱探测仪包括线性渐变滤光片以及线列探测器，其中，所述线性渐变滤光片位于所述滤波器的远离所述宽带光源的一侧；所述线性渐变滤光片用于将所述透射光分光后输出，所述线列探测器位于所述线性渐变滤光片的远离所述滤波器的一侧，所述线列探测器用于检测分光后的所述透射光的所述中心波长。
[0009]可选地，所述线性渐变滤光片包括沿远离所述滤波器的方向依次叠置的第一高反
膜、间隔层、第二高反膜以及第一衬底，其中，所述间隔层的厚度线性渐变；所述第一衬底的材料包括Si、Ge、ZnSe、SiO2以及Al2O3中的至少一种。
[0010]可选地，所述滤波器包括固定镜、可动镜以及悬臂梁结构，其中，所述固定镜位于所述宽带光源以及所述光谱探测仪之间；所述可动镜位于所述固定镜以及所述宽带光源之间，所述可动镜与所述固定镜的间距为所述腔长，在有所述加速度产生的情况下，所述可动镜沿靠近所述固定镜的方向或者远离所述固定镜的方向移动，使得所述腔长变化；所述可动镜通过所述悬臂梁结构可移动地与所述固定镜连接。
[0011]可选地，所述固定镜包括沿远离所述可动镜方向依次叠置的第三高反膜、第二衬底以及第一增透膜，所述可动镜包括沿远离所述固定镜方向依次叠置的第四高反膜、第三衬底以及第二增透膜。
[0012]可选地，所述第二衬底以及所述第三衬底均为双面抛光衬底，所述第二衬底以及所述第三衬底的材料独立地选自Si、Ge、ZnSe、SiO2以及Al2O3中的至少一种；所述第三高反膜以及所述第四高反膜的材料独立地选自Al2O3、Si、Ge、ZnS、SiO2、SiO、Si3N4、Ta2O5以及MgF2中的至少两种，所述第一增透膜以及所述第二增透膜的材料独立地选自Al2O3、Si、Ge、ZnS、SiO2、SiO、Si3N4、Ta2O5以及MgF2中的至少一种。
[0013]可选地，所述FP腔中的介质为空气，所述滤波器为干涉滤波器。
[0014]可选地，所述宽带光源的发射光与所述光谱探测仪的表面垂直。
[0015]可选地，所述宽带光源包括复合红外LED光源、氮化硅红外光源以及汞氙灯光源中的至少一种。
[0016]根据本申请的另一个方面，还提供了一种惯性导航系统，所述惯性导航系统包括任一种所述的光学加速度计。
[0017]应用本申请的技术方案，所述的光学加速度计包括依次排列的宽带光源、滤波器、光谱探测仪以及计算模块，所述滤波器具有FP腔，当作用在所述滤波器上的加速度不同时，对应的所述FP腔的腔长不同，这样使得所述滤波器发出的透射光的中心波长发生变化，再通过所述光谱探测仪探测所述中心波长，最后由计算模块根据探测到的所述中心波长确定对应的加速度，这样实现了对加速度的检测。本申请的所述光学加速度计，利用所述滤波器的FP腔的腔长对应不同的透射光的中心波长，来进行加速度量测，保证了灵敏度较高，避免了现有技术中电容式类型加速度计存在信噪比低、功耗大且易受到电磁干扰的问题。
附图说明
[0018]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0019]图1示出了根据本申请的实施例的光学加速度计的结构示意图；
[0020]图2至图3分别示出了根据本申请的实施例的线性渐变滤光片的结构示意图；
[0021]图4示出了根据本申请的实施例的滤波器的结构示意图；
[0022]图5示出了根据本申请的实施例的宽带光源的发射光的辐射谱图；
[0023]图6示出了根据本申请的实施例的光学加速度计的滤波器的透谱曲线图；
[0024]图7至图9分别示出了根据本申请的实施例的不同加速度情况下光学加速度计的示意图；
[0025]图10示出了根据本申请的实施例的光学加速度计的悬臂梁结构的俯视示意图；
[0026]图11至图12分别示出了根据本申请的实施例的滤波器在不同加速度下的透射谱曲线示意图。
[0027]其中，上述附图包括以下附图标记：
[0028]10、宽带光源；20、滤波器；30、光谱探测仪；31、线性渐变滤光片；32、线列探测器；100、发射光；200、透射光；201、FP腔；202、可动镜悬臂梁；203、第二增透膜；204、第三衬底；205、第四高反膜；206、第二键合点；207、第二衬底；208、第三高反膜；209、第一增透膜；210、第一键合点；300、第一高反膜；301、间隔层；302、第二高反膜；303、第一衬底；304、第四增透膜。
具体实施方式
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学加速度计，其特征在于，包括：宽带光源；滤波器，具有FP腔，所述滤波器位于所述宽带光源的一侧，所述滤波器用于接收所述宽带光源的发射光，并输出透射光，且作用在所述滤波器上的加速度不同时，对应的所述FP腔的腔长不同；光谱探测仪，位于所述滤波器的远离所述宽带光源的一侧，所述光谱探测仪用于检测所述透射光的中心波长；计算模块，用于根据所述中心波长，确定对应的所述加速度并输出。2.根据权利要求1所述的光学加速度计，其特征在于，所述光谱探测仪包括：线性渐变滤光片，位于所述滤波器的远离所述宽带光源的一侧，所述线性渐变滤光片用于将所述透射光按其中心波长在线性渐变滤光片特定位置输出；线列探测器，位于所述线性渐变滤光片的远离所述滤波器的一侧，所述线列探测器用于检测分光后的所述透射光的所述中心波长。3.根据权利要求2所述的光学加速度计，其特征在于，所述线性渐变滤光片包括沿远离所述滤波器的方向依次叠置的第一高反膜、间隔层、第二高反膜以及第一衬底，其中，所述间隔层的厚度线性渐变，所述第一衬底的材料包括Si、Ge、ZnSe、SiO2以及Al2O3中的至少一种。4.根据权利要求1所述的光学加速度计，其特征在于，所述滤波器包括：固定镜，位于所述宽带光源以及所述光谱探测仪之间；可动镜，位于所述固定镜以及所述宽带光源之间，所述可动镜与所述固定镜的间距为所述腔长，在有所述加速度产生的情况下，所述可动镜沿靠近所述固定镜的方向或者远离所述固定镜的方向移动，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵少宇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司信息科学研究院，
类型：发明
国别省市：