光学加速度计制造技术

本发明专利技术公开一种新型多轴光学加速度计，包括支撑结构、弹性梁、测试质量块、可动光子晶体梁、固定光子晶体梁、连接光纤、可变光衰减器、光纤偏振控制器、平衡光探测器、电子频谱分析仪；测试质量块分别可以在X、Y轴实现加速度信号的探测。其中X、Y轴方向的加速度探测由相应的支撑结构承接的测试质量块仅针对该平面进行加速度的双向探测。测试质量块的相应探测边缘由微加工工艺制作的氮化硅光子晶体梁构成腔形结构，将加速度产生的晶体梁相对位移变化转化为探测光信号的改变。不同方向的光子晶体腔对该方向的加速度信号探测没有影响。本发明专利技术通过检测模块将探测光信号的变化转化为测量载体的加速度，具有测量精度高、抗电磁干扰等特点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种新型多轴光学加速度计，包括支撑结构、弹性梁、测试质量块、可动光子晶体梁、固定光子晶体梁、连接光纤、可变光衰减器、光纤偏振控制器、平衡光探测器、电子频谱分析仪；测试质量块分别可以在X、Y轴实现加速度信号的探测。其中X、Y轴方向的加速度探测由相应的支撑结构承接的测试质量块仅针对该平面进行加速度的双向探测。测试质量块的相应探测边缘由微加工工艺制作的氮化硅光子晶体梁构成腔形结构，将加速度产生的晶体梁相对位移变化转化为探测光信号的改变。不同方向的光子晶体腔对该方向的加速度信号探测没有影响。本专利技术通过检测模块将探测光信号的变化转化为测量载体的加速度，具有测量精度高、抗电磁干扰等特点。【专利说明】光学加速度计
本专利技术属于惯性传感技术、精密测量
，涉及一种新型多轴光学加速度计，特别涉及一种可片上集成的多轴光子晶体腔加速度传感器。
技术介绍
加速度计是测量载体线性加速度的元件，在惯性导航、惯性制导和控制检测设备领域有重要作用，目前广泛应用于航空、航海、车辆、消费电子、医疗、武器制导等领域。加速度计领域经历数十年发展已形成诸多种类。其中光学加速度计以其抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀等特点成为近年来国内外加速度计的研究热点。而现代光纤传感技术、微机械制造技术的发展为光学加速度计的研究提供了有利条件。光学加速计依据其工作原理主要分为:光强调制型、相位调制型和波长调制型。对于灵敏度要求较低且便于工程实现的加速度计一般采用光强调制型。许多实际应用需要同时检测多轴方向的加速度信号。传统的加速度计多为单维线性测量的单轴传感器，需要将多个单轴加速度计组装起来构成多轴加速度计。为此必然导致多轴正交误差较大、体积较大、成本较高。为了实现单芯片的多轴加速度传感器设计，现有的技术方案多利用同一个惯性敏感质量块实现多轴加速度信号的测量，此种方案将对测量结果带来较大的片轴误差，同时不同轴向的测量灵敏度差异较大。实现多轴方向的多轴正交性好、灵敏度基本相同、偏轴灵敏度小的多轴加速度计是未来多轴加速度计的发展方向。现有的光强调制型光学加速度计一般原理为:入射光由于受到被测加速度的调制，经光学变化后输出光强受到变化，以此检测出加速度值。此类加速度计具有结构简单、易于实现等特点。加速度测量精度依靠已被调制的输入光在光学变化过程中经透射、反射或偏振等光学效应后输出光的信号提取。国内外光学加速度计的文献资料较多，提出了诸多提高光强调制型光学加速度计测量精度的方法，虽各具特色，但由于原理和技术上均存在各自的固有缺陷，目前该领域仍有继续深入研究的必要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种分辨率高的光学加速度计，同时还提供了一种多轴光学加速度计，该加速度计是一种可片上集成的多轴光子晶体腔加速度传感器，分辨率高、全芯片集成、可同时测量多轴方向的新型多轴光学加速度计系统方案。本专利技术的目的是这样实现的:本专利技术提供的光学加速度计，包括探测模块和检测模块；所述探测模块用于将由测量载体的加速度产生的位移变化转化为探测光信号的改变；所述检测模块将探测光信号的变化转化为测量载体的加速度。进一步，所述探测模块包括X轴方向加速度平面探测模块和支撑模块；所述支撑模块包括支撑框、支撑质量块、弹性梁、支撑梁刚性梁；所述X轴方向加速度平面探测模块包括弹性梁、测试质量块、X轴第一可动光子晶体梁、X轴第二可动光子晶体梁、X轴第一固定光子晶体梁和X轴第二固定光子晶体梁；所述X轴第一可动光子晶体梁、X轴第二可动光子晶体梁分别固定于测试质量块YOZ平面表面中心位置并平行于Y轴，用于进行X轴方向加速度探测；所述X轴第一固定光子晶体梁、X轴第二固定光子晶体梁分别固定于支撑框YOZ平面内表面中心并平行于Y轴；所述X轴第一可动光子晶体梁与X轴第一固定光子晶体梁形成X轴第一光子晶体腔；所述X轴第二可动光子晶体梁与X轴第二固定光子晶体梁形成X轴第二光子晶体腔；当垂直向所述X轴第一光子晶体腔的输入光信号时,所述输入光信号被X轴第一光子晶体腔调制形成调制输出光，所述输入光信号与调制输出光的频率变化量与所述X轴第一光子晶体腔的间距变化成正比关系；当垂直向所述X轴第二光子晶体腔的输入光信号时,所述输入光信号被X轴第二光子晶体腔调制形成调制输出光，所述输入光信号与调制输出光的频率变化量与所述X轴第二光子晶体腔的间距变化成正比关系；所述测试质量块由其正下方的弹性梁支撑并同支撑质量块保持在同一水平面且无接触；所述支撑梁刚性梁设置于支撑质量块和支撑框之间用于固定支撑质量块和支撑框的相对位置；所述弹性梁一端固定于测试质量块XOY平面下表面几何中心，另一端固定于支撑质量块XOY平面上表面几何中心；所述支撑模块作为一个整体位于X轴方向加速度平面探测模块的垂直正下方。进一步，所述探测模块还包括Y轴方向加速度平面探测模块；所述Y轴方向加速度平面探测模块包括Y轴第一可动光子晶体梁、Y轴第二可动光子晶体梁、Y轴第一固定光子晶体梁和Y轴第二固定光子晶体梁；所述Y轴第一可动光子晶体梁、Y轴第二可动光子晶体梁分别固定于测试质量块XOZ平面表面中心位置并平行于X轴，用于进行Y轴方向加速度探测；所述Y轴第一固定光子晶体梁、Y轴第二固定光子晶体梁分别固定于支撑框XOZ平面内表面中心并平行于X轴；所述Y轴第一可动光子晶体梁与Y轴第一固定光子晶体梁形成Y轴第一光子晶体腔；所述Y轴第二可动光子晶体梁与Y轴第二固定光子晶体梁形成Y轴第二光子晶体腔；当垂直向所述Y轴第一光子晶体腔的输入光信号时，所述输入光信号被Y轴第一光子晶体腔调制形成调制输出光，所述输入光信号与调制输出光的频率变化量与所述Y轴第一光子晶体腔的间距变化成正比关系；当垂直向所述Y轴第二光子晶体腔的输入光信号时，所述输入光信号被Y轴第二光子晶体腔调制形成调制输出光，所述输入光信号与调制输出光的频率变化量与所述Y轴第二光子晶体腔的间距变化成正比关系。进一步，所述检测模块包括激光器、分光镜、可变光衰减器、光纤偏振控制器、光纤锥、平衡光探测器、电子频谱分析仪；所述激光器发射的光束通过光纤射入分光镜，所述分光镜将光束分成信号光和参考光；所述信号光传输至第一可变光衰减器后再传入光纤偏振控制器，然后通过光纤锥对探测模块进行测量；测量后通过光纤输入平衡光探测器并将光信号转化为电信号；所述参考光经光纤传输至第二可变光衰减器后再传输至平衡光探测器将光信号转化为电信号；所述平衡光探测器将电信号传输至电子频谱分析仪。进一步，所述光纤锥包括X轴第一光纤锥、X轴第二光纤锥、Y轴第一光纤锥和Y轴第二光纤锥；所述X轴第一光纤锥垂直放置于X轴第一光子晶体腔正上方进行光学频率耦合；所述X轴第二光纤锥垂直放置于X轴第二光子晶体腔正上方进行光学频率耦合；所述Y轴第一光纤锥垂直放置于Y轴第一光子晶体腔正上方进行光学频率耦合；所述Y轴第二光纤锥垂直放置于Y轴第二光子晶体腔正上方进行光学频率耦合。进一步，所述信号光通过光纤传输至接口端，所述接口端将信光号通过光纤连接至电源表。进一步，所述支撑框、测试质量块、支撑质量块三者XOY平面截面均为正方形；且测试质量块中心位置与支撑框中心位置相重合；支撑质量块的中心位置与支撑框中心位置相重合；支撑框、支撑质量块的中心位置处于同一垂本文档来自技高网...

【技术保护点】
光学加速度计，其特征在于：包括探测模块和检测模块；所述探测模块用于将由测量载体的加速度产生的位移变化转化为探测光信号的改变；所述检测模块将探测光信号的变化转化为测量载体的加速度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，刘聪，刘期烈，刘申，方针，吴英，何晓艳，陈燕苹，王伊冰，王乐，江宏毅，刘松，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：