[发明专利]一种带周期伸缩式可变衍射光栅的微加速度传感器

权利要求书

1.一种带周期伸缩式可变衍射光栅的微加速度传感器，包括基座(6)、与所述基座(6)固定连接的悬臂梁(4)、与所述悬臂梁(4)的自由端固定连接的质量块(5)、以及用于测量所述悬臂梁(4)位移的测量机构，其特征在于，

所述测量机构包括两端分别与所述基座(6)和质量块(5)连接的周期伸缩式可变衍射光栅(2)、以及固定于所述基座(6)上的激光器(1)和光电探测器(3)；所述激光器(1)和光电探测器(3)分别置于所述周期伸缩式可变衍射光栅(2)的两侧；

所述周期伸缩式可变衍射光栅(2)包括若干个平行设置的平行光栅(21)，相邻的平行光栅(21)通过弹簧(22)连接；并且靠近所述质量块(5)的端部弹簧(22)通过光栅手柄(23)与所述质量块(5)连接；

利用激光器(1)发出光线，通过光栅后形成的衍射光斑，当物体具有加速度时，弹簧(22)弯曲，质量块(5)位移，光栅周期发生变化，衍射光斑角度产生变化，由光电探测器(3)接收到的输出光强发生变化，再通过放大电路信号处理后，得到质量块位移信息，即可得到物体加速度信息。

2.根据权利要求1所述的一种带周期伸缩式可变衍射光栅的微加速度传感器，其特征在于，所述平行光栅(21)的光栅节距为0.05～0.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种带周期伸缩式可变衍射光栅的微加速度传感器，其特征在于，所述平行光栅(21)的长为5～15mm；宽度为2～12mm。

4.根据权利要求1所述的一种带周期伸缩式可变衍射光栅的微加速度传感器，其特征在于，

所述平行光栅(21)的制备方法包括以下步骤：提供一硅基片(7)；在所述硅基片(7)上通过SiO₂沉积法制备SiO₂薄膜(8)；在SiO₂薄膜(8)上涂覆高粘度的正性光刻胶；使用紫外线曝光设备进行光刻操作，然后将样品置于显影液中显影；采用反应离子刻蚀法刻蚀SiO₂薄膜(8)；采用深度反应离子刻蚀法对样品进行刻蚀，直至样品表面出现镂空结构，得到所述平行光栅(21)。

5.根据权利要求4所述的一种带周期伸缩式可变衍射光栅的微加速度传感器，其特征在于，所述硅基片(7)的厚度为0.1～0.5mm；所述SiO₂薄膜的厚度为300～1000nm；所述正性光刻胶的涂覆厚度为1500～3500nm；所述显影液为NMD-3显影溶液；所述反应离子刻蚀法中使用的刻蚀液为氢氟酸溶液；所述深度反应离子刻蚀法中使用的刻蚀气体为SF₆和C₄F₈的气体混合物。

6.根据权利要求4所述的一种带周期伸缩式可变衍射光栅的微加速度传感器，其特征在于，所述硅基片(7)为n型硅晶片。

7.根据权利要求1所述的一种带周期伸缩式可变衍射光栅的微加速度传感器，其特征在于，所述悬臂梁(4)的制备方法为：

提供用于光刻处理的悬臂梁SOI基片，在所述悬臂梁SOI基片上旋涂光刻胶；

利用悬臂梁结构掩模板，采用光刻与显影技术将设计好的掩模板结构图案转移在掩模板的悬臂梁SOI基片表面；

用ICP刻蚀技术对悬臂梁SOI基片进行刻蚀，得到所述悬臂梁(4)。

8.根据权利要求7所述的一种带周期伸缩式可变衍射光栅的微加速度传感器，其特征在于，所述质量块(5)的制备方法为：

提供用于光刻处理的质量块SOI基片，在所述质量块SOI基片上旋涂光刻胶；

准备好用于光刻处理的质量块掩模板，将所述质量块掩模板与悬臂梁掩模板上的对准标记对齐，利用光刻与显影技术将设计好的质量块掩模板结构图案转移在掩模板的质量块SOI基片表面；

用ICP刻蚀技术对质量块SOI基片进行刻蚀；

用湿法腐蚀工艺刻蚀质量块SOI基片的埋氧层得到所述质量块(5)。

9.根据权利要求1所述的一种带周期伸缩式可变衍射光栅的微加速度传感器，其特征在于，所述悬臂梁(4)设有两个，分别设置于所述质量块(5)的两侧。