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基于可变光栅微加速度传感器的研究

作　者: 周巧芬
导　师: 白剑
学　校: 浙江大学
专　业: 光学工程
关键词: 可变衍射光栅微加速度传感器 MOEMS 灵敏度集成性
分类号: TP212.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 48次
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内容摘要

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。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第一章绪论  9-28
  1.1 背景  9-24
    1.1.1 MEMS及MOEMS简介  9-13
    1.1.2 微加速度传感器概述  13-14
    1.1.3 微加速度传感器的种类  14-22
    1.1.4 微加速度计的应用前景  22-24
  1.2 研究现状及方向  24-25
  1.3 本课题主要研究内容和创新点  25-26
  参考文献  26-28
第二章微加速度计理论分析  28-43
  2.1 可变衍射光栅的光学特性  28-34
  2.2 加速度传感理论  34-39
    2.2.1 加速度计的基本数学模型  35-36
    2.2.2 微机械加速度计的噪声分析  36-39
  2.3 基于可变光栅的加速度传感理论  39-41
  2.4 微加速度传感器的测试  41-42
  参考文献  42-43
第三章微加速度计的结构设计及加工工艺  43-71
  3.1 微加速度计结构设计  43-52
    3.1.1 有限元简介  43-45
    3.1.2 质量块结构设计及仿真  45-52
  3.2 微加速度计结构加工工艺  52-60
    3.2.1 光刻技术  52-54
    3.2.2 MEMS刻蚀技术  54-60
  3.3 光源及信号探测  60-70
    3.3.1 光源及探测器集成封装的实现  60-67
    3.3.2 信号探测电路设计  67-70
  参考文献  70-71
第四章微位移及加速度传感实验结果及讨论  71-80
  4.1 位移传感分析  71-73
  4.2 加速度传感分析  73-80
第五章总结与展望  80-82
攻读硕士学位期间主要的研究成果  82

基于可变光栅微加速度传感器的研究

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