一種基于光柵干涉的加速度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作.pdf

1、在現(xiàn)代社會(huì)中，加速度計(jì)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)快速增長(zhǎng)，逐漸成為MEMS市場(chǎng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?。性能穩(wěn)定的加速度計(jì)被廣泛用于汽車、飛行器以及軍事制導(dǎo)等各方面。但是傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的加速度計(jì)已經(jīng)無(wú)法滿足高分辨率、大動(dòng)態(tài)范圍、高集成度且低成本的發(fā)展需求，本論文以克服現(xiàn)有加速度計(jì)在上述各方面的不足為目的，提出一種新穎的基于光柵±1級(jí)干涉和PGC(Phase Generated Carrier)調(diào)制解調(diào)的光學(xué)加速度傳感方案，并進(jìn)行了樣機(jī)制作和測(cè)試，其分辨率達(dá)到96

2、 ng/√Hz量級(jí)以上，并且動(dòng)態(tài)范圍在光學(xué)結(jié)構(gòu)中不受限制，僅與慣性傳感中機(jī)械結(jié)構(gòu)線性范圍有關(guān)。與其他類型微加速度計(jì)相比，該光學(xué)加速度傳感器不但在分辨率和動(dòng)態(tài)范圍上均獲得較大的提高，而且利用光柵干涉進(jìn)行加速度傳感能很好地保證干涉的穩(wěn)定性，從而提高工作穩(wěn)定性，降低對(duì)安裝精度的要求。本方案還可以應(yīng)用到MEMS技術(shù)中，為設(shè)計(jì)高分辨率大量程MOEMS型加速度計(jì)提供了新的思路。
　　 本論文從研究加速度計(jì)和位移傳感器理論模型以及相關(guān)程序設(shè)計(jì)

3、出發(fā)，主要完成了以下幾部分的內(nèi)容：
　　 首先，深入了解和研究了加速度計(jì)的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，包括傳感器的定義以及組成、加速度計(jì)的定義。對(duì)現(xiàn)有的加速度計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)與原理以及以后的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了歸納總結(jié)。并從加速度計(jì)的設(shè)計(jì)原理出發(fā)，對(duì)各種加速度計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)和在技術(shù)上存在的主要問題進(jìn)行了分析。
　　 對(duì)加速度計(jì)的基本理論進(jìn)行詳細(xì)的闡述，包括加速度計(jì)的基本數(shù)學(xué)模型、加速度計(jì)的種類以及加速度計(jì)的主要參數(shù)。為本論文展開加速度計(jì)的設(shè)計(jì)，以及對(duì)

4、加速度計(jì)樣機(jī)的測(cè)試評(píng)估奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 其次，對(duì)本課題所提出的加速度計(jì)展開全面的理論研究，其中包括光柵衍射與干涉原理的研究、慣性力傳感中質(zhì)量——彈簧結(jié)構(gòu)的原理研究與仿真分析、相位生成載波PGC調(diào)制解調(diào)算法的研究等。該部分是本課題研究的核心內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)高精度、大動(dòng)態(tài)范圍加速度計(jì)的理論基礎(chǔ)。
　　 再次，對(duì)加速度計(jì)各部件從制備到裝配的工藝過程進(jìn)行詳細(xì)的闡述。其中包括正弦型振幅光柵的制備、加速度零部件的制備。介紹了CNC