基于可变光栅微加速度传感器的研究

摘要

本文提出了一种基于可变衍射光栅的微加速度传感器，从航空航天系统对加速度计高精度、小型化、高可靠性等方面要求出发设计，文中提出的微加速度计以可变衍射光栅作为传感器件，本文从原理出发进行其相位差运算和衍射光强运算，得到其对位移和加速度的高灵敏性。同时介绍了加速度传感质量块结构的设计，利用ANSYS有限元分析软件仿真验证，得到体硅结构的质量块具有大的动态范围，同时进一步结构优化，使其在具有高的灵敏度条件下可达到较高的动态范围。质量块的加工工艺主要采用湿法加工，加工工艺较为成熟，且设备要求不高。考虑系统的集成性，文中探讨了光源与光电探测器的集成封装，光源使用VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)芯片，详细的介绍了封装工艺，该工艺主要参照LED的封装工艺。最后描述了位移实验和1g静态翻转实验的结果，从实验的结果可知，基于可变衍射光光栅微加速度传感器具有高的灵敏度，可达到约10-5-10-6g，动态范围可设计成±20-50g，具有很好的实用性和发展潜力。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 绪论

1.1 背景

1.1.1 MEMS及MOEMS简介

1.1.2 微加速度传感器概述

1.1.3 微加速度传感器的种类

1.1.4 微加速度计的应用前景

1.2 研究现状及方向

1.3 本课题主要研究内容和创新点

参考文献

第二章 微加速度计理论分析

2.1 可变衍射光栅的光学特性

2.2 加速度传感理论

2.2.1 加速度计的基本数学模型

2.2.2 微机械加速度计的噪声分析

2.3 基于可变光栅的加速度传感理论

2.4 微加速度传感器的测试

参考文献

第三章 微加速度计的结构设计及加工工艺

3.1 微加速度计结构设计

3.1.1 有限元简介

3.1.2 质量块结构设计及仿真

3.2 微加速度计结构加工工艺

3.2.1 光刻技术

3.2.2 MEMS刻蚀技术

3.3 光源及信号探测

3.3.1 光源及探测器集成封装的实现

3.3.2 信号探测电路设计

参考文献

第四章 微位移及加速度传感实验结果及讨论

4.1 位移传感分析

4.2 加速度传感分析

第五章 总结与展望

攻读硕士学位期间主要的研究成果