CN102621348A - 一种基于硅微加工技术的光纤加速度计 - Google Patents

一种基于硅微加工技术的光纤加速度计 Download PDF

Info

Publication number
CN102621348A
CN102621348A CN2012101189596A CN201210118959A CN102621348A CN 102621348 A CN102621348 A CN 102621348A CN 2012101189596 A CN2012101189596 A CN 2012101189596A CN 201210118959 A CN201210118959 A CN 201210118959A CN 102621348 A CN102621348 A CN 102621348A
Authority
CN
China
Prior art keywords
acceleration
micromachining technology
silicon micromachining
optical fiber
accelerometer based
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012101189596A
Other languages
English (en)
Inventor
索智群
乔东海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Acoustics CAS
Original Assignee
Institute of Acoustics CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Acoustics CAS filed Critical Institute of Acoustics CAS
Priority to CN2012101189596A priority Critical patent/CN102621348A/zh
Publication of CN102621348A publication Critical patent/CN102621348A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Micromachines (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于硅微加工技术的光纤加速度计。该基于硅微加工技术的光纤加速度计包括：加速度-位移敏感结构，具有加速度传感头；加速度传感头包括上表面具有反射镜的检测质量块；干涉腔支架，在所述加速度-位移敏感结构上方；该干涉腔支架内的自聚焦透镜，自聚焦透镜和反射镜构成斐索干涉腔；干涉腔支架内的调节装置，用于调节所述自聚焦透镜的位移。该基于硅微加工技术的光纤加速度计还包括，耦合光纤和尾纤，耦合光纤与尾纤相连接，尾纤在干涉腔支架上方，与自聚焦透镜相连接，耦合光纤在外壳外侧；加速度-位移敏感结构通过上方和下方橡胶圆环与下方的夹具固定在外壳内。本发明提供的一种基于硅微加工技术的光纤加速度计无需真空封装，出射激光光轴在3个正交的自由度可调，具有抗干扰能力强，灵敏度高，结构简单，加工难度低等优点。

Description

一种基于硅微加工技术的光纤加速度计
技术领域
本发明涉及一种加速度计，尤其涉及一种光纤加速度计。
背景技术
目前，常见的加速度计大多数是将外界加速度信号转化成为可动部分的位移。相位调制型光纤加速度计通过构成不同的干涉仪，将该位移信号转换成调制的光信号，并通过光纤传输，再将加速度信号从调制的光信号中解调出来。光纤加速度计传感头部分可以既不产生电磁信号，也不受电磁信号的干扰。因此，光纤加速度传感器可以应用于强电场、强磁场和强射频场环境中。相位调制光纤加速度计在灵敏度、信噪比和动态范围指标比光强调制型加速度计更好。
相位调制型光纤加速度计需要保证出射激光与振动膜或振动质量块的垂直程度。当轴心偏角误差较大时，干涉效果大幅度降低，从而导致灵敏度降低。保证垂直程度对加工精度有很高的要求，通常的方法是加工V槽，用胶固定光纤等方式。但这些方法不利于加速度计发生漂移以后的微调。并且，传统的加速度计结构复杂，加工难度较高。因此，如何使加速度计结构简单化，如何降低加工难度及如何提高灵敏度是当前面临的问题。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种基于硅微加工技术的光纤加速度计。
在第一方面，本发明提供了一种基于硅微加工技术的光纤加速度计。该基于硅微加工技术的光纤加速度计包括：加速度-位移敏感结构，具有加速度传感头；加速度传感头包括上表面具有反射镜的检测质量块；干涉腔支架，在加速度-位移敏感结构上方；干涉腔支架内的自聚焦透镜，自聚焦透镜和反射镜构成斐索干涉腔；干涉腔支架内的调节装置，用于调节所述自聚焦透镜的位移。
该基于硅微加工技术的光纤加速度计还包括，耦合光纤和尾纤，耦合光纤与尾纤相连接；尾纤在干涉腔支架上方，与自聚焦透镜相连接；耦合光纤在外壳外侧。
进一步的，加速度-位移敏感结构通过上方和下方橡胶圆环与下方的夹具固定在外壳内。
进一步的，所述加速度-位移敏感结构具有声学阻尼孔和/或透光孔的背极板。
进一步的，所述加速度传感头还包括，弹性部件和/或支撑部件。并且加速度传感头采用微机电***(MEMS)技术加工。
进一步的，所述夹具为尼龙或金属等材料。
进一步的，所述调节装置，具体为：干涉腔支架上有通孔，并通过所述通孔在x方向与y方向上***顶丝，所述顶丝用于固定所述自聚焦透镜，并通过所述顶丝对自聚焦透镜进行x方向和y方向位移的调节；干涉腔支架内有滑轨，用于调节自聚焦透镜伸入z方向的深度。所述顶丝在同一方向上有一个或多个，x方向上的顶丝与y方向上的顶丝不在同一水平面上。
进一步的，所述反射镜由镀金属膜方式形成。
本发明提供的一种基于硅微加工技术的光纤加速度计无需真空封装，出射激光光轴在3个正交的自由度可调，具有抗干扰能力强，灵敏度高，结构简单，加工难度低等优点。
附图说明
图1为本发明一个实施例的基于硅微加工技术的光纤加速度计的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的基于硅微加工技术的光纤加速度计中干涉腔支架30的示意图；其中包括图2a为干涉腔支架30的俯视图；图2b为干涉腔支架30的x截面图；图2c为干涉腔支架30的y截面图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明一个实施例的基于硅微加工技术的光纤加速度计的结构示意图。该基于硅微加工技术的光纤加速度计包括：耦合光纤10，尾纤20，斐索干涉腔支架30，外壳40，背极板50，加速度传感头60，加速度传感头60包括检测质量块61，弹性部件62及支撑部件63，用于紧固的橡胶圆环70，背极板上的透光孔80，背极板上的声学阻尼孔88及固定加速度-位移敏感结的夹具90。
一个具体的实施例中，该基于硅微加工技术的光纤加速度计主要包括加速度-位移敏感结构与斐索干涉腔这两部分及耦合光纤10和尾纤20。下面通过具体的实施例对基于硅微加工技术的光纤加速度计的结构进行具体阐述。
加速度-位移敏感结构由加速度传感头60与具有声学阻尼孔88和透光孔80的背板50组成。该加速度-位移敏感结构是一个二阶振动***。其中，加速度传感头60包括：检测质量块61，弹性部件62及支撑部件63。背极板50有一块或者两块，采用具有一定厚度并且刚性较大的板，从而起到限制检测质量块61位移的作用，可以在较大范围内抵抗外界加速度的冲击。透光孔80在背极板50中央，声学阻尼孔88在透光孔80的两侧。通过设置声学阻尼孔88的数量与面积等参数实现调节该二阶振动***的阻尼。需要说明的是，该声学阻尼孔88也可以没有。
该加速度-位移敏感结构通过橡胶圆环70与夹具90紧固在外壳40上。橡胶圆环70不局限于具体形状，主要起到紧固的作用。夹具90的材质与形状不限，可以通过螺纹旋紧、螺丝孔紧固、胶粘等固定方式固定在外壳40内。外壳40为任意形状。
一个优选的实施例中，加速度传感头60由高电导率单晶硅片或者普通单晶硅片制成，经过包括高温氧化，光刻图形化，去热氧，体刻蚀的MEMS(微机电***)工艺步骤制得。所述硅片厚度为100～1000微米，采用n或p+掺杂或不掺杂。
斐索干涉腔，在加速度-位移敏感结构上方，由干涉腔支架30内的自聚焦透镜与检测质量块61上表面上的反射镜构成。自聚焦透镜在干涉腔支架30内固定住，光轴方向与检测质量块61振动方向一致。检测质量块61表面通过镀金属等方式形成反射镜。干涉腔支架30的具体形状不限，可以是半圆型，方形或其它各种形状。
耦合光纤10与尾纤20相连接，尾纤20在干涉腔支架30上方，与所述自聚焦透镜连接，耦合光纤10在外壳40外侧。
自聚焦透镜起到将尾纤20中的激光变为平行光束的作用，为了使干涉效果良好，必须保证出射激光与检测质量块61的垂直度和减小轴心偏角。
在一个具体的实施例中，干涉腔支架30内具有调节自聚焦透镜位移的调节装置。图2为本发明一个实施例的基于硅微加工技术的光纤加速度计结构中干涉腔支架30的示意图；其中包括图2a为干涉腔支架30的俯视图；图2b为干涉腔支架30的x截面图；图2c为干涉腔支架30的y截面图。
在干涉腔支架30上具有通孔，通过该通孔用顶丝固定自聚焦透镜。从图2a中可以看出，在x方向上和y方向上分别用顶丝固定。通过调节x方向和y方向的顶丝来实现自聚焦透镜在x方向上和y方向上的位移的调节。需要说明的是，在同一方向上可以有一个顶丝，也可以有多个顶丝，顶丝的数目与位置可以根据需要加以变动。对比图2b和图2c可以看出，同一方向上的顶丝可以在同一水平面上，也可以在不同水平面上，而不同方向上的顶丝一定在不同水平面上。在干涉腔支架30内设有滑轨，自聚焦透镜通过该滑轨进行z方向上的位移调节，从而实现了自聚焦透镜在三个自由度上可调。
在检测质量块61发生偏移的情况下，通过上述顶丝及滑轨调节自聚焦透镜在三个自由度上的位移，以保证出射激光与检测质量块61总能保持垂直。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于硅微加工技术的光纤加速度计，其特征在于，包括：
加速度-位移敏感结构，具有加速度传感头；所述加速度传感头包括上表面具有反射镜的检测质量块；
干涉腔支架，在所述加速度-位移敏感结构上方；
干涉腔支架内的自聚焦透镜，所述自聚焦透镜和所述反射镜构成斐索干涉腔；
干涉腔支架内的调节装置，用于调节所述自聚焦透镜的位移。
2.如权利要求1所述的一种基于硅微加工技术的光纤加速度计，其特征在于，所述加速度计还包括耦合光纤和尾纤，所述耦合光纤与所述尾纤相连接；所述尾纤在所述干涉腔支架上方，与所述自聚焦透镜相连接；所述耦合光纤在外壳外侧。
3.如权利要求1所述的一种基于硅微加工技术的光纤加速度计，其特征在于，所述加速度-位移敏感结构通过上方和下方橡胶圆环与下方的夹具固定在外壳内。
4.如权利要求1所述的一种基于硅微加工技术的光纤加速度计，其特征在于，所述加速度-位移敏感结构还包括具有声学阻尼孔和/或透光孔的背极板。
5.如权利要求1所述的一种基于硅微加工技术的光纤加速度计，其特征在于，所述加速度传感头还包括弹性部件和/或支撑部件。
6.如权利要求1所述的一种基于硅微加工技术的光纤加速度计，其特征在于，所述加速度传感头采用微机电***(MEMS)技术加工。
7.如权利要求1所述的一种基于硅微加工技术的光纤加速度计，其特征在于，所述夹具为尼龙或金属材料。
8.如权利要求1所述的一种基于硅微加工技术的光纤加速度计，其特征在于，所述调节装置，具体为，
干涉腔支架上有通孔，并通过所述通孔在x方向与y方向上***顶丝，用于固定所述自聚焦透镜，并通过所述顶丝对所述自聚焦透镜进行x方向和y方向位移的调节；
干涉腔支架内有滑轨，用于调节所述自聚焦透镜伸入z方向的深度。
9.如权利要求8所述的一种基于硅微加工技术的光纤加速度计，其特征在于，所述顶丝在同一方向上有一个或多个，x方向上的顶丝与y方向上的顶丝不在同一水平面上。
10.如权利要求1所述的一种基于硅微加工技术的光纤加速度计，其特征在于，所述反射镜由镀金属膜方式形成。
CN2012101189596A 2012-04-20 2012-04-20 一种基于硅微加工技术的光纤加速度计 Pending CN102621348A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012101189596A CN102621348A (zh) 2012-04-20 2012-04-20 一种基于硅微加工技术的光纤加速度计

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012101189596A CN102621348A (zh) 2012-04-20 2012-04-20 一种基于硅微加工技术的光纤加速度计

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102621348A true CN102621348A (zh) 2012-08-01

Family

ID=46561382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012101189596A Pending CN102621348A (zh) 2012-04-20 2012-04-20 一种基于硅微加工技术的光纤加速度计

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102621348A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105067838A (zh) * 2015-08-21 2015-11-18 北京航天控制仪器研究所 一种干涉型光纤加速度计探头及光纤加速度计***
CN105158506A (zh) * 2015-08-31 2015-12-16 中北大学 光纤mems法珀加速度传感器及其制作方法
CN114236683A (zh) * 2021-12-23 2022-03-25 欧梯恩智能科技(苏州)有限公司 一种自耦合光子加速度传感器芯片及其制造方法
CN115728511A (zh) * 2021-08-25 2023-03-03 上海拜安传感技术有限公司 敏感结构及敏感结构的形成方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101132653A (zh) * 2006-08-25 2008-02-27 中国科学院声学研究所 一种基于相位载波调制的光纤硅微传声器***
CN101470199A (zh) * 2007-12-28 2009-07-01 中国科学院声学研究所 一种基于干涉型光纤水听器的铺设式共形阵声纳装置
CN201344982Y (zh) * 2008-11-27 2009-11-11 北京中视中科光电技术有限公司 一种用于光纤耦合的耦合头
CN101788569A (zh) * 2009-12-31 2010-07-28 中国科学院声学研究所 一种光纤加速度传感器探头及加速度传感器***

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101132653A (zh) * 2006-08-25 2008-02-27 中国科学院声学研究所 一种基于相位载波调制的光纤硅微传声器***
CN101470199A (zh) * 2007-12-28 2009-07-01 中国科学院声学研究所 一种基于干涉型光纤水听器的铺设式共形阵声纳装置
CN201344982Y (zh) * 2008-11-27 2009-11-11 北京中视中科光电技术有限公司 一种用于光纤耦合的耦合头
CN101788569A (zh) * 2009-12-31 2010-07-28 中国科学院声学研究所 一种光纤加速度传感器探头及加速度传感器***

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105067838A (zh) * 2015-08-21 2015-11-18 北京航天控制仪器研究所 一种干涉型光纤加速度计探头及光纤加速度计***
CN105067838B (zh) * 2015-08-21 2018-03-09 北京航天控制仪器研究所 一种干涉型光纤加速度计探头及光纤加速度计***
CN105158506A (zh) * 2015-08-31 2015-12-16 中北大学 光纤mems法珀加速度传感器及其制作方法
CN115728511A (zh) * 2021-08-25 2023-03-03 上海拜安传感技术有限公司 敏感结构及敏感结构的形成方法
CN114236683A (zh) * 2021-12-23 2022-03-25 欧梯恩智能科技(苏州)有限公司 一种自耦合光子加速度传感器芯片及其制造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104931032B (zh) 一种单锚定点四质量块mems谐振式陀螺仪
US20190162540A1 (en) Microelectromechanical structure with enhanced rejection of acceleration noise
CN101788569B (zh) 一种光纤加速度传感器探头及加速度传感器***
TWI647425B (zh) 改良的陀螺儀結構與陀螺儀
CN105606083B (zh) 一种外支撑四质量块mems谐振式陀螺仪
US9227833B2 (en) Vibration isolated MEMS structures and methods of manufacture
CN102621348A (zh) 一种基于硅微加工技术的光纤加速度计
JP2010286477A (ja) ジャイロスコープおよび回転検出方法
CN113686326B (zh) 一种具有面内敏感轴的熔融石英微机械陀螺及其制备方法
CN102707091A (zh) 基于悬臂梁的双光栅光纤矢量加速度计
JP2011047718A (ja) 質量測定装置
CN109737943A (zh) 高精度mems陀螺仪
RU2611710C1 (ru) Бесплатформенная инерциальная навигационная система
US11340252B2 (en) Acceleration measuring device and acceleration measuring method of the same
CN108332732B (zh) 微机械单振子三轴陀螺仪的驱动和检测装置
CN102507980B (zh) 一种基于自谐振技术的硅微二维加速度传感器
CN102353982A (zh) 推挽式光纤检波器
CN205449087U (zh) 外支撑四质量块mems谐振式陀螺仪
Zhang et al. High performance ultrathin fiber laser vector hydrophone
CN212082397U (zh) 一种激光陀螺测试装置
Nekrasov et al. MEMS gyro vibration immunity and its measurement with TIRA shaker
RU2617541C1 (ru) Кольцевой лазер
CN102435778B (zh) 一种带法-珀腔结构的硅微自谐振二维加速度传感器
CN116448086B (zh) 一种基于光轴姿态角检测的光悬浮微球转子陀螺
RU2234679C2 (ru) Микромеханический датчик угловой скорости

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120801