[实用新型]一种高分辨率微纳光学加速度计

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于微纳米光纤的高分辨率加速度计。

背景技术

从一般的角度来说，本实用新型涉及感知施加在物体上的加速度的技术。更具体地，是涉及到感知该加速度的加速度计设备的构成。通常基于牛顿第二定律的加速度计包括质量块、质量块位移回复结构如悬臂梁、和用于信号处理的相关电路等；通过测量质量块在加速度场中的惯性力作用下的位移间接地测量加速度。加速度计已经拥有了成熟的市场，低精度产品已广泛用于如汽车安全气囊，其模块使用的主要是±50g的加速度计；同时加速度计市场已经从基础的汽车制造业市场，扩展到工业和消费品的应用方面。大多数智能设备的应用需要的是高灵敏度，高分辨率和大动态范围加速度计。因此需求上的改变推进了新型加速度测量技术的发展，高精度加速度计广泛地用于飞行器，车辆的惯性制导，在军事方面和未来智能车辆方面有极其重要的应用。

在利用MEMS技术设计加速度计方面，大多数加速度计都是通过电容的变化来感知质量块的位移，但是电容的变化量正比于位移的平方，分辨率有限，要获得高分辨率，例如10^4-5，系统的尺寸就需适当展宽了；而利用隧道效应设计的加速度计，是与位移成指数关系的。隧道效应型加速度计的这种指数型关系可以允许在较小的结构上实现较高的分辨率，可以达到10⁵。但由于现在制备隧尖的方法基本采用化学腐蚀的方法，制作过程复杂且难控制，要获得更高分辨率比较困难。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高分辨率微纳光学加速度计。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案有四种，具体如下：

方案一：

包括微纳米直径光纤、微光学波导阵列板、加速度计质量块、光源、光敏元件、信号处理电路板和驱动器。其中微光学波导阵列板设置在加速度计质量块上，微光学波导阵列板上刻有条状透明波导阵列，微纳米直径光纤由普通光纤段、拉锥耦合过渡段、微纳米直径输出段组成，普通光纤段与光源耦合，微纳米光纤输出段与微光学波导阵列板平行靠近，光敏元件同轴设置在微纳米直径光纤的输出口，光敏元件的输出信号接在信号处理电路板的前置放大器的输入端，驱动器与加速度计质量块之间机械连接，信号处理电路板的信号输出端与驱动器电信号连接。

方案二：

包括微纳米直径光纤、微光学波导阵列板、加速度计质量块、光源、光敏元件、信号处理电路板和驱动器。其中微光学波导阵列板设置在加速度计质量块上，微光学波导阵列板上刻有条状透明波导阵列，微纳米直径光纤垂直放置在微光学波导阵列板的一侧，微纳米直径光纤输出端口与微光学波导阵列板靠近，光敏元件与微纳米直径光纤同轴设置在微光学波导阵列板的另一侧，驱动器与加速度计质量块之间机械连接，信号处理电路板的信号输出端与驱动器电信号连接。

方案三：

包括微纳米直径光纤、柱透镜阵列板、加速度计质量块、光源、光敏元件、信号处理电路板和驱动器。其中柱透镜阵列板设置在加速度计质量块上，柱透镜阵列板上刻有条状透明柱透镜阵列，微纳米直径光纤由普通光纤段、拉锥耦合过渡段、微纳米直径输出段组成，普通光纤段与光源耦合，微纳米光纤输出段与柱透镜阵列板平行靠近，光敏元件同轴设置在微纳米直径光纤的输出口，光敏元件的输出信号接在信号处理电路板的前置放大器的输入端，驱动器与加速度计质量块之间机械连接，信号处理电路板的信号输出端与驱动器电信号连接。

方案四：

包括微纳米直径光纤、柱透镜阵列板、加速度计质量块、光源、光敏元件、信号处理电路板和驱动器。其中柱透镜阵列板设置在加速度计质量块上，柱透镜阵列板上刻有条状透明柱透镜阵列，微纳米直径光纤垂直放置在柱透镜阵列板的一侧，微纳米直径光纤的输出端口与柱透镜阵列板靠近，光敏元件与微纳米直径光纤同轴设置在柱透镜阵列板的另一侧，驱动器与加速度计质量块之间机械连接，信号处理电路板的信号输出端与驱动器电信号连接。

本实用新型与背景技术相比具有的有益效果是：本实用新型的加速度计通过脉冲式条纹计数和相位调制，可实现将加速度计精度的数量级提高到10⁶左右，且动态范围大。结构简单，可靠性好。适用于要求高分辨率的场合如飞行器，车辆或船只的惯性制导，重力加速度的精密测量等。

附图说明

图1是微纳米直径光纤和微光学波导阵列板之间光功率分配的示意图；

图2是基于微纳米直径光纤和微光学波导阵列板的加速度计系统结构示意图；

图3是基于微纳米直径光纤和微光学波导阵列板的第二种实现方法的结构示意图；