專利名稱：高分辨率微納光學(xué)加速度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于微納米光纖的高分辨率加速度計。
背景技術(shù)：
從一般的角度來說，本發(fā)明涉及感知施加在物體上的加速度的技術(shù)。更具體地，是涉及到感知該加速度的加速度計設(shè)備的構(gòu)成。通常基于牛頓第二定律的加速度計包括質(zhì)量塊、質(zhì)量塊位移回復(fù)結(jié)構(gòu)如懸臂梁、和用于信號處理的相關(guān)電路等；通過測量質(zhì)量塊在加速度場中的慣性力作用下的位移間接地測量加速度。加速度計已經(jīng)擁有了成熟的市場，低精度產(chǎn)品已廣泛用于如汽車安全氣囊，其模塊使用的主要是±50g的加速度計；同時加速度計市場已經(jīng)從基礎(chǔ)的汽車制造業(yè)市場，擴(kuò)展到工業(yè)和消費(fèi)品的應(yīng)用方面。大多數(shù)智能設(shè)備的應(yīng)用需要的是高靈敏度，高分辨率和大動態(tài)范圍加速度計。因此需求上的改變推進(jìn)了新型加速度測量技術(shù)的發(fā)展，高精度加速度計廣泛地用于飛行器，車輛的慣性制導(dǎo)，在軍事方面和未來智能車輛方面有極其重要的應(yīng)用。
在利用MEMS技術(shù)設(shè)計加速度計方面，大多數(shù)加速度計都是通過電容的變化來感知質(zhì)量塊的位移，但是電容的變化量正比于位移的平方，分辨率有限，要獲得高分辨率，例如104-5，系統(tǒng)的尺寸就需適當(dāng)展寬了；而利用隧道效應(yīng)設(shè)計的加速度計，是與位移成指數(shù)關(guān)系的。隧道效應(yīng)型加速度計的這種指數(shù)型關(guān)系可以允許在較小的結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)較高的分辨率，可以達(dá)到105。但由于現(xiàn)在制備隧尖的方法基本采用化學(xué)腐蝕的方法，制作過程復(fù)雜且難控制，要獲得更高分辨率比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高分辨率微納光學(xué)加速度計。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案有四種，具體如下方案一包括微納米直徑光纖、微光學(xué)波導(dǎo)陣列板、加速度計質(zhì)量塊、光源、光敏元件、信號處理電路板和驅(qū)動器。其中微光學(xué)波導(dǎo)陣列板設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊上，微光學(xué)波導(dǎo)陣列板上刻有條狀透明波導(dǎo)陣列，微納米直徑光纖由普通光纖段、拉錐耦合過渡段、微納米直徑輸出段組成，普通光纖段與光源耦合，微納米光纖輸出段與微光學(xué)波導(dǎo)陣列板平行靠近，光敏元件同軸設(shè)置在微納米直徑光纖的輸出口，光敏元件的輸出信號接在信號處理電路板的前置放大器的輸入端，驅(qū)動器與加速度計質(zhì)量塊之間機(jī)械連接，信號處理電路板的信號輸出端與驅(qū)動器電信號連接。
方案二包括微納米直徑光纖、微光學(xué)波導(dǎo)陣列板、加速度計質(zhì)量塊、光源、光敏元件、信號處理電路板和驅(qū)動器。其中微光學(xué)波導(dǎo)陣列板設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊上，微光學(xué)波導(dǎo)陣列板上刻有條狀透明波導(dǎo)陣列，微納米直徑光纖垂直放置在微光學(xué)波導(dǎo)陣列板的一側(cè)，微納米直徑光纖輸出端口與微光學(xué)波導(dǎo)陣列板靠近，光敏元件與微納米直徑光纖同軸設(shè)置在微光學(xué)波導(dǎo)陣列板的另一側(cè)，驅(qū)動器與加速度計質(zhì)量塊之間機(jī)械連接，信號處理電路板的信號輸出端與驅(qū)動器電信號連接。
方案三包括微納米直徑光纖、柱透鏡陣列板、加速度計質(zhì)量塊、光源、光敏元件、信號處理電路板和驅(qū)動器。其中柱透鏡陣列板設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊上，柱透鏡陣列板上刻有條狀透明柱透鏡陣列，微納米直徑光纖由普通光纖段、拉錐耦合過渡段、微納米直徑輸出段組成，普通光纖段與光源耦合，微納米光纖輸出段與柱透鏡陣列板平行靠近，光敏元件同軸設(shè)置在微納米直徑光纖的輸出口，光敏元件的輸出信號接在信號處理電路板的前置放大器的輸入端，驅(qū)動器與加速度計質(zhì)量塊之間機(jī)械連接，信號處理電路板的信號輸出端與驅(qū)動器電信號連接。
方案四包括微納米直徑光纖、柱透鏡陣列板、加速度計質(zhì)量塊、光源、光敏元件、信號處理電路板和驅(qū)動器。其中柱透鏡陣列板設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊上，柱透鏡陣列板上刻有條狀透明柱透鏡陣列，微納米直徑光纖垂直放置在柱透鏡陣列板的一側(cè)，微納米直徑光纖的輸出端口與柱透鏡陣列板靠近，光敏元件與微納米直徑光纖同軸設(shè)置在柱透鏡陣列板的另一側(cè)，驅(qū)動器與加速度計質(zhì)量塊之間機(jī)械連接，信號處理電路板的信號輸出端與驅(qū)動器電信號連接。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是本發(fā)明的加速度計通過脈沖式條紋計數(shù)和相位調(diào)制，可實現(xiàn)將加速度計精度的數(shù)量級提高到106左右，且動態(tài)范圍大。結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好。適用于要求高分辨率的場合如飛行器，車輛或船只的慣性制導(dǎo)，重力加速度的精密測量等。


圖1是微納米直徑光纖和微光學(xué)波導(dǎo)陣列板之間光功率分配的示意圖；圖2是基于微納米直徑光纖和微光學(xué)波導(dǎo)陣列板的加速度計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是基于微納米直徑光纖和微光學(xué)波導(dǎo)陣列板的第二種實現(xiàn)方法的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是微納米直徑光纖和軟光刻形成的柱透鏡陣列板之間光功率分配的示意圖；圖5是基于微納米直徑光纖和柱透鏡陣列板的加速度計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是基于微納米光纖和軟光刻柱透鏡陣列的加速度計的第二種實現(xiàn)方法的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是信號處理電路板的模塊圖。
圖中1、微納米直徑光纖，2、微光學(xué)波導(dǎo)陣列板，3、加速度計質(zhì)量塊，4、加速度力的方向，5、光源，6、光敏元件，7、信號處理電路板，8、驅(qū)動器，9、柱透鏡陣列板。
具體實施例方式
圖1是微納米直徑光纖和微光學(xué)波導(dǎo)陣列板之間光功率分配的示意圖。微納米直徑光纖1和波導(dǎo)陣列板2之間空氣隙的寬度是一定值，圖中表示為d，在d這個寬度上能夠保證微納光纖可以和波導(dǎo)陣列板產(chǎn)生倏逝波耦合的現(xiàn)象。圖中的D表示微光學(xué)波導(dǎo)陣列板上兩個相鄰波導(dǎo)之間的距離。圖1(a)中，微納米直徑光纖位于兩個波導(dǎo)的中間上方位置，與最接近的這兩個波導(dǎo)中的任一個之間的距離均為(D/2)2+d2>d]]>不產(chǎn)生耦合現(xiàn)象，光仍在強(qiáng)束縛下沿微納米直徑光纖傳播，3是帶有波導(dǎo)陣列板的加速度計質(zhì)量塊。圖1(b)中，在加速度場中，波導(dǎo)陣列板跟著加速度計質(zhì)量塊由于慣性產(chǎn)生一微小位移量，某一波導(dǎo)移動至微納米光纖的正下方，該波導(dǎo)與微納米光纖之間的距離為垂直距離d，滿足了耦合的條件，光即從光纖中被完全耦合到波導(dǎo)陣列板中。圖1中的4代表加速度力的方向，也就是波導(dǎo)陣列板跟著加速度計質(zhì)量塊在加速度場中的移動方向。
圖2是基于微納米直徑光纖和微光學(xué)波導(dǎo)陣列板的加速度計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。微光學(xué)波導(dǎo)陣列板2設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊3上，微光學(xué)波導(dǎo)陣列板2上刻有條狀透明波導(dǎo)陣列，微納米直徑光纖1由普通光纖段、拉錐耦合過渡段、微納米直徑輸出段組成，普通光纖段與光源5耦合，微納米光纖輸出段與微光學(xué)波導(dǎo)陣列板2平行靠近，光敏元件6同軸設(shè)置在微納米直徑光纖的輸出口，光敏元件6的輸出信號接在信號處理電路板7的前置放大器的輸入端，驅(qū)動器8與加速度計質(zhì)量塊3之間機(jī)械連接，信號處理電路板7的信號輸出端與驅(qū)動器8電信號連接。
圖2中的光源5可以使用單模光源，包括垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)，但不限于紅光，光敏元件6是系統(tǒng)的光接收部分，例如光電二極管，測量從微納米直徑光纖1中輸出的光能量。加速度計質(zhì)量塊3可沿加速度力的方向4往復(fù)移動。微光學(xué)波導(dǎo)陣列板2設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊3上，并隨著加速度計質(zhì)量塊3的移動而移動。信號處理電路板7能夠為系統(tǒng)提供反饋和預(yù)偏置信號，預(yù)偏置是指可使質(zhì)量塊產(chǎn)生一定的預(yù)先位移量，而使得微納米直徑光纖1和微光學(xué)波導(dǎo)陣列板2中的某個波導(dǎo)相對應(yīng)，這可以作為反饋的起始點。驅(qū)動器8代表能夠產(chǎn)生加速度力的裝置，例如電磁音圈(Voice Coil)或者壓電陶瓷驅(qū)動器。
圖3中的微光學(xué)波導(dǎo)陣列板2設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊3上，微光學(xué)波導(dǎo)陣列板2上刻有條狀透明波導(dǎo)陣列，微納米直徑光纖1垂直放置在微光學(xué)波導(dǎo)陣列板2的一側(cè)，微納米直徑光纖1輸出端口與微光學(xué)波導(dǎo)陣列板2靠近，光敏元件6與微納米直徑光纖1同軸設(shè)置在微光學(xué)波導(dǎo)陣列板2的另一側(cè)，驅(qū)動器8與加速度計質(zhì)量塊3之間機(jī)械連接，信號處理電路板7的信號輸出端與驅(qū)動器8電信號連接。
圖3中從光源5中發(fā)出的光通過微納米直徑光纖1輸出端口被耦合進(jìn)微光學(xué)波導(dǎo)陣列板2中?？梢钥闯鰣D2和圖3的區(qū)別是改變了微納米直徑光纖1的放置方式，從與微光學(xué)波導(dǎo)陣列板2平行放置變?yōu)榇怪狈胖?；改變了光敏元?的光接收位置，從接收微納米直徑光纖1中的光變?yōu)榻邮瘴⒐鈱W(xué)波導(dǎo)陣列板2中的光能量。圖3所示的加速度計系統(tǒng)比圖2所示的靈敏度更高，且更容易實現(xiàn)。
圖4是微納米直徑光纖1和軟光刻形成的柱透鏡陣列9之間光功率分配的示意圖。其中9是柱透鏡陣列。圖4(a)中，微納米直徑光纖1位于兩個柱透鏡的中間上方位置，與最接近的這兩個柱透鏡中的任一個之間的距離均為(D/2)2+d2>d,]]>不產(chǎn)生耦合現(xiàn)象，光仍在強(qiáng)束縛下沿微納米直徑光纖傳播，3是帶有柱透鏡陣列的加速度計質(zhì)量塊。圖4(b)中，在加速度場中，柱透鏡陣列跟著加速度計質(zhì)量塊由于慣性產(chǎn)生一微小位移量，某一柱透鏡移動至微納米光纖的正下方，該柱透鏡與微納米光纖之間的距離為垂直距離d，滿足了耦合的條件，光即從光纖中被完全耦合到柱透鏡陣列中。圖4中的加速度力的方向4代表的就是本加速度計的加速度力的方向，也就是柱透鏡陣列跟著加速度計質(zhì)量塊在加速度場中的移動方向。
圖5是基于微納米直徑光纖和柱透鏡陣列的加速度計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。柱透鏡陣列板9設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊3上，柱透鏡陣列板9上刻有條狀透明柱透鏡陣列，微納米直徑光纖1由普通光纖段、拉錐耦合過渡段、微納米直徑輸出段組成，普通光纖段與光源5耦合，微納米光纖輸出段與柱透鏡陣列板9平行靠近，光敏元件6同軸設(shè)置在微納米直徑光纖的輸出口，光敏元件6的輸出信號接在信號處理電路板7的前置放大器的輸入端，驅(qū)動器8與加速度計質(zhì)量塊3之間機(jī)械連接，信號處理電路板7的信號輸出端與驅(qū)動器8電信號連接。
圖5中的光源5可以使用單模光源，包括垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)，但不限于紅光，光敏元件6是系統(tǒng)的光接收部分，例如光電二極管，測量從微納米直徑光纖1中輸出的光能量。加速度計質(zhì)量塊3可沿加速度力的方向4往復(fù)移動。柱透鏡陣列板9設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊3上，并隨著加速度計質(zhì)量塊3的移動而移動。信號處理電路板7能夠為系統(tǒng)提供反饋和預(yù)偏置信號，預(yù)偏置是指可使質(zhì)量塊產(chǎn)生一定的預(yù)先位移量，而使得微納米直徑光纖和柱透鏡陣列板9中的某個柱透鏡相對應(yīng)，這可以作為反饋的起始點。驅(qū)動器8代表能夠產(chǎn)生加速度力的裝置，例如電磁音圈(Voice Coil)或者壓電陶瓷驅(qū)動器。
比較圖2和圖5可發(fā)現(xiàn)這兩種設(shè)計結(jié)構(gòu)相似，只是利用柱透鏡陣列板取代了微光學(xué)波導(dǎo)陣列板。
圖6是基于微納米直徑光纖和軟光刻柱透鏡陣列板的加速度計的第二種實現(xiàn)方法的結(jié)構(gòu)示意圖。柱透鏡陣列板9設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊3上，柱透鏡陣列板9上刻有條狀透明柱透鏡陣列，微納米直徑光纖1垂直放置在柱透鏡陣列板9的一側(cè)，微納米直徑光纖1的輸出端口與柱透鏡陣列板9靠近，光敏元件6與微納米直徑光纖1同軸設(shè)置在柱透鏡陣列板9的另一側(cè)，驅(qū)動器8與加速度計質(zhì)量塊3之間機(jī)械連接，信號處理電路板7的信號輸出端與驅(qū)動器8電信號連接。
圖6中從光源5中發(fā)出的光通過微納米直徑光纖1輸出端口被耦合進(jìn)柱透鏡陣列板9中?？梢钥闯鰣D5和圖6的區(qū)別是改變了微納米直徑光纖1的放置方式，從與柱透鏡陣列板9平行放置變?yōu)榇怪狈胖?；改變了光敏元?的光接收位置，從接收微納米直徑光纖1中的光變?yōu)榻邮罩哥R陣列板9中的光能量。圖6所示的加速度計比圖2所示的靈敏度更高，且更容易實現(xiàn)。
圖7是信號處理電路板的模塊圖。其中的Ipd(Vpd)是光敏元件6的輸出電信號，作為信號處理電路板7的輸入信號。高速芯片可以使用型號為TMS320VC5509A的芯片，Iout(Vout)是信號處理電路板7的輸出信號，作為驅(qū)動器8的輸入信號，提供反饋或者預(yù)偏置。
本發(fā)明采用的微納米直徑光纖1輸出端部分的直徑在10納米至10微米之間，微光學(xué)波導(dǎo)陣列板和柱透鏡陣列板都是采用軟光刻方法制成。
本發(fā)明的高分辨率加速度計的分辨率由光學(xué)數(shù)字量實現(xiàn)粗測(103)，而采用光學(xué)信號的相位比較獲得細(xì)測精度(106)，具體原理如下將微光學(xué)波導(dǎo)陣列板設(shè)置在加速度計的質(zhì)量塊上，在加速度場中，質(zhì)量塊受慣性力的作用，帶動微光學(xué)波導(dǎo)陣列板沿加速度場相反的方向運(yùn)動，其位移量首先由微納米直徑光纖與微光學(xué)波導(dǎo)陣列板上的單個波導(dǎo)間的耦合感知微光學(xué)波導(dǎo)陣列板上的單個波導(dǎo)與微納米直徑光纖平行靠近時構(gòu)成光分路器，當(dāng)每一個波導(dǎo)在微納米直徑光纖前經(jīng)過時，部分在微納米直徑光纖中傳輸?shù)哪芰狂詈现猎摬▽?dǎo)，導(dǎo)致微納米直徑光纖輸出光能量降低，因而當(dāng)微光學(xué)波導(dǎo)陣列板相對微納米直徑光纖運(yùn)動時，微納米直徑光纖的輸出能量產(chǎn)生與波導(dǎo)數(shù)目相同的脈沖數(shù)，將位移量轉(zhuǎn)換為光脈沖數(shù)(數(shù)字量)；以±1mm的總位移量為例，500納米直徑的光纖和相同尺度的波導(dǎo)組合，在每一運(yùn)動方向可由該數(shù)字信號提供1mm/0.5μm＝2×103個脈沖，該脈沖數(shù)提供了加速度計位移量的粗測量(加速度的前三位有效數(shù)字)。由于耦合分光對于光纖和波導(dǎo)間的距離極其敏感，因而該脈沖信號具有相當(dāng)窄的脈寬可實現(xiàn)相位比較獲得位移量的精細(xì)測量該加速度計質(zhì)量塊與一個驅(qū)動器(如電磁動圈驅(qū)動器)相連接，此驅(qū)動器接收來自信號處理電路板的電信號推動加速度計質(zhì)量塊進(jìn)行主動微調(diào)，并實施相位比較和鎖定。載有鎖相程序的信號處理電路板，在開機(jī)自檢過程中通過自掃描找出光耦合的曲線，調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)電路施加偏置的初始位移量，使得加速度計在初始感知加速度力時是處在曲線的上升沿或者是下降沿，這兩中情況均可以用于測量位移量的精細(xì)部分，即加速度有效數(shù)字的第四位后的數(shù)字。當(dāng)質(zhì)量塊受慣性力驅(qū)動移動一段距離后，光功率輸出會偏移原來的值，通過DSP的反饋電路可將光功率輸出調(diào)整回原來的位置，其典型位置是輸出峰曲線位置的上升沿或者下降沿的中點處，這個微小的調(diào)節(jié)量對應(yīng)的模擬電信號則作為所測得數(shù)值的精細(xì)部分(例如，加速度的第四位至第六位有效數(shù)字)，可將精度的數(shù)量級提高到106左右。信號處理電路板輸出一個電信號通過驅(qū)動器驅(qū)動加速度計質(zhì)量塊，提供一種偏置/控制電壓來預(yù)設(shè)本加速度計的橫向位移，也可以作為一種反饋電壓使加速度計質(zhì)量塊保持在一個固定的位置，提供開機(jī)時的動態(tài)零點設(shè)定，有效降低零點漂移。
與此結(jié)構(gòu)類似的另一實現(xiàn)方法是利用微納光纖輸出的微納尺度點光源，直接近距離透射至與光點尺度相仿的柱透鏡陣列(與波導(dǎo)陣列相類似，也可以利用軟光刻制造)。柱透鏡陣列作為該加速度計的質(zhì)量塊，在加速度場中，質(zhì)量塊(即柱透鏡陣列)受慣性力的作用，沿加速度場相反方向運(yùn)動，其位移量首先由微納光纖的輸出端與柱透鏡陣列中的單個透鏡的耦合來感知陣列上的單個柱透鏡與微納光纖的輸出端靠近時形成光分路器，當(dāng)每一個柱透鏡經(jīng)過微納光纖輸出端的正下方時，在微納光纖中傳播的大部分能量將被直接耦合到該柱透鏡中，導(dǎo)致柱透鏡中的光能量升高，此時光敏元件接收的是該柱透鏡中的能量，因而當(dāng)柱透鏡陣列相對微納光纖輸出端運(yùn)動時，光敏元件接收到的柱透鏡中的能量產(chǎn)生與柱透鏡數(shù)目相同的脈沖數(shù)，將位移量轉(zhuǎn)化為光脈沖數(shù)(數(shù)字量)。再利用相類似的精細(xì)測量設(shè)置和方法，此種方法也可實現(xiàn)將加速度計精度的數(shù)量級提高到106左右，而且具體的操作實施比第一種方法更加方便。
利用了上述先進(jìn)的光學(xué)部分和實時閉環(huán)控制系統(tǒng)，本加速度計可以實現(xiàn)動態(tài)范圍的106間隔以上的分辨率。
本發(fā)明采用的是微光機(jī)電(MOMES)結(jié)合的結(jié)構(gòu)。其中的光學(xué)部分綜合運(yùn)用了兩種前沿技術(shù)1、微納米光纖；2、軟光刻技術(shù)。本發(fā)明中的微光學(xué)波導(dǎo)陣列板采用軟光刻技術(shù)制作，作為一種全新的接觸型光刻技術(shù)，軟光刻不受照相光刻中的光束衍射極限約束，在微納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)印中采用高聚物直接接觸轉(zhuǎn)印，具有制作技術(shù)簡單，成本低廉，可批量制作的特點，對微納米尺度的光器件尤其適用，能實現(xiàn)高聚物結(jié)構(gòu)的高精度復(fù)制，轉(zhuǎn)印的微結(jié)構(gòu)尺度可達(dá)30納米左右[Younan Xia and George M.Whitesides，“SOFT LITHOGRAPHY，”Annu.Rev.Mater.Sci.28，153-184(1998)]。
權(quán)利要求
1.高分辨率微納光學(xué)加速度計，其特征在于包括微納米直徑光纖(1)、微光學(xué)波導(dǎo)陣列板(2)、加速度計質(zhì)量塊(3)、光源(5)、光敏元件(6)、信號處理電路板(7)和驅(qū)動器(8)；其中微光學(xué)波導(dǎo)陣列板(2)設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊(3)上，微光學(xué)波導(dǎo)陣列板(2)上刻有條狀透明波導(dǎo)陣列，微納米直徑光纖(1)由普通光纖段、拉錐耦合過渡段、微納米直徑輸出段組成，普通光纖段與光源(5)耦合，微納米光纖輸出段與微光學(xué)波導(dǎo)陣列板(2)平行靠近，光敏元件(6)同軸設(shè)置在微納米直徑光纖的輸出口，光敏元件(6)的輸出信號接在信號處理電路板(7)的前置放大器的輸入端，驅(qū)動器(8)與加速度計質(zhì)量塊(3)之間機(jī)械連接，信號處理電路板(7)的信號輸出端與驅(qū)動器(8)電信號連接。
2.高分辨率微納光學(xué)加速度計，其特征在于包括微納米直徑光纖(1)、微光學(xué)波導(dǎo)陣列板(2)、加速度計質(zhì)量塊(3)、光源(5)、光敏元件(6)、信號處理電路板(7)和驅(qū)動器(8)；其中微光學(xué)波導(dǎo)陣列板(2)設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊(3)上，微光學(xué)波導(dǎo)陣列板(2)上刻有條狀透明波導(dǎo)陣列，微納米直徑光纖(1)垂直放置在微光學(xué)波導(dǎo)陣列板(2)的一側(cè)，微納米直徑光纖(1)輸出端口與微光學(xué)波導(dǎo)陣列板(2)靠近，光敏元件(6)與微納米直徑光纖(1)同軸設(shè)置在微光學(xué)波導(dǎo)陣列板(2)的另一側(cè)，驅(qū)動器(8)與加速度計質(zhì)量塊(3)之間機(jī)械連接，信號處理電路板(7)的信號輸出端與驅(qū)動器(8)電信號連接。
3.高分辨率微納光學(xué)加速度計，其特征在于包括微納米直徑光纖(1)、柱透鏡陣列板(9)、加速度計質(zhì)量塊(3)、光源(5)、光敏元件(6)、信號處理電路板(7)和驅(qū)動器(8)；其中柱透鏡陣列板(9)設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊(3)上，柱透鏡陣列板(9)上刻有條狀透明柱透鏡陣列，微納米直徑光纖(1)由普通光纖段、拉錐耦合過渡段、微納米直徑輸出段組成，普通光纖段與光源(5)耦合，微納米光纖輸出段與柱透鏡陣列板(9)平行靠近，光敏元件(6)同軸設(shè)置在微納米直徑光纖的輸出口，光敏元件(6)的輸出信號接在信號處理電路板(7)的前置放大器的輸入端，驅(qū)動器(8)與加速度計質(zhì)量塊(3)之間機(jī)械連接，信號處理電路板(7)的信號輸出端與驅(qū)動器(8)電信號連接。
4.高分辨率微納光學(xué)加速度計，其特征在于包括微納米直徑光纖(1)、柱透鏡陣列板(9)、加速度計質(zhì)量塊(3)、光源(5)、光敏元件(6)、信號處理電路板(7)和驅(qū)動器(8)；其中柱透鏡陣列板(9)設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊(3)上，柱透鏡陣列板(9)上刻有條狀透明柱透鏡陣列，微納米直徑光纖(1)垂直放置在柱透鏡陣列板(9)的一側(cè)，微納米直徑光纖(1)的輸出端口與柱透鏡陣列板(9)靠近，光敏元件(6)與微納米直徑光纖(1)同軸設(shè)置在柱透鏡陣列板(9)的另一側(cè)，驅(qū)動器(8)與加速度計質(zhì)量塊(3)之間機(jī)械連接，信號處理電路板(7)的信號輸出端與驅(qū)動器(8)電信號連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高分辨率、大動態(tài)范圍微納光學(xué)加速度計。微光學(xué)波導(dǎo)陣列板或柱透鏡陣列板設(shè)置在加速度計質(zhì)量塊上，波導(dǎo)陣列板上刻有條狀透明波導(dǎo)陣列或在柱透鏡陣列板上刻有條狀透明柱透鏡陣列，微納米直徑光纖的普通光纖段與光源耦合，輸出段與陣列板平行或垂直靠近，光敏元件與微納米直徑光纖同軸設(shè)置，光敏元件的輸出信號接在信號處理電路板的前置放大器的輸入端，驅(qū)動器與加速度計質(zhì)量塊之間機(jī)械連接，信號處理電路板的信號輸出端與驅(qū)動器電信號連接。本發(fā)明可將加速度計分辨率的數(shù)量級提高到10
文檔編號G01P15/02GK1869710SQ200610052179
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月29日
發(fā)明者倪瑋, 吳興坤, 李書, 林巧 申請人:浙江大學(xué)