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基于单质量块微纳光栅泰伯效应的双轴MOEMS加速度计
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作者 杜艺鑫 金丽 +2 位作者 解琨阳 吴倩楠 李孟委 《微纳电子技术》 CAS 2024年第4期98-104,共7页
对一种基于单质量块微纳光栅泰伯效应双轴微光机电系统(MOEMS)加速度计进行了设计、加工与测试。利用有限元分析和时域有限差分法分别对双轴加速度计的敏感结构和光栅参数进行仿真优化。在保证加速度计高集成度的同时,为了实现双轴加速... 对一种基于单质量块微纳光栅泰伯效应双轴微光机电系统(MOEMS)加速度计进行了设计、加工与测试。利用有限元分析和时域有限差分法分别对双轴加速度计的敏感结构和光栅参数进行仿真优化。在保证加速度计高集成度的同时,为了实现双轴加速度的高精度测量,采用不同周期的两组光栅进行双轴加速度检测,通过磁控溅射工艺将两组光栅结构沉积在质量块的不同区域,最终通过阳极键合方式实现该双轴MOEMS加速度计的制备。实验结果表明,光栅泰伯效应双轴MOEMS加速度计x轴与y轴的灵敏度分别为3.36和3.54 V/g,零偏稳定性分别为25.53和20.91μg@1 s。该研究为实现高精度多轴加速度计提供了一种新的方法。 展开更多
关键词 微光机电系统(moems) 双轴moems加速度计 泰伯效应 微纳光栅 阳极键合
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微纳光栅MOEMS加速度计优化设计与测试
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作者 王策 张晓玉 +4 位作者 金丽 解琨阳 贾鑫瑞 张鹏 李孟委 《微纳电子技术》 CAS 2024年第4期114-120,共7页
提出了一种基于微纳光栅泰伯效应的微光机电系统(MOEMS)加速度计,通过Comsol软件对加速度计结构和光栅结构参数进行优化,使其在20g量程范围内获得较大的结构灵敏度和衍射效应灵敏度,同时通过仿真分析了该结构的交叉轴串扰情况。由于受... 提出了一种基于微纳光栅泰伯效应的微光机电系统(MOEMS)加速度计,通过Comsol软件对加速度计结构和光栅结构参数进行优化,使其在20g量程范围内获得较大的结构灵敏度和衍射效应灵敏度,同时通过仿真分析了该结构的交叉轴串扰情况。由于受外界温度起伏影响,双层光栅结构间距受热膨胀系数的影响产生相对位移。为了减小由于温度起伏对光栅加速度计零偏的影响,采用温度闭环反馈控制技术将加速度计温度变化控制在±10 mK范围内。经实验测试,加速度计零偏稳定性达3.7μg,相较于无温控情况提升了近7倍。最终实现光栅MOEMS加速度计的灵敏度达5.23 V/g,线性相关系数为99.9%,分辨率达286.8μg。 展开更多
关键词 微光机电系统(moems) 光栅加速度计 泰伯效应 温度闭环反馈控制 零偏稳定性
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光栅MOEMS加速度计温度特性
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作者 邰鹏 金丽 +2 位作者 解琨阳 张敏娟 李孟委 《微纳电子技术》 CAS 2024年第5期127-133,共7页
由于硅微机械加速度计受温度影响,导致硅弹性模量和热膨胀系数发生变化,造成微光机电系统(MOEMS)加速度计标度因数漂移、测量稳定性下降等问题。首先,采用COMSOL软件对光栅MOEMS加速度计微机械结构部分进行了温度特性仿真,分析了硅弹性... 由于硅微机械加速度计受温度影响,导致硅弹性模量和热膨胀系数发生变化,造成微光机电系统(MOEMS)加速度计标度因数漂移、测量稳定性下降等问题。首先,采用COMSOL软件对光栅MOEMS加速度计微机械结构部分进行了温度特性仿真,分析了硅弹性模量温度系数和热膨胀系数对光栅MOEMS加速度计微机械结构标度因数和零位的影响。其次,设计了温控精度达0.1℃的温度控制系统,并利用该系统对加速度计进行温度控制。最后,对光栅泰伯效应MOEMS加速度计温度特性展开测试,结果表明,加速度计的标度因数随温度升高而增大,零偏稳定性随温度的升高而降低,加速度计标度因数温度系数为0.30 V·g^(-1)·℃^(-1),零偏稳定性温度系数为-7.78μg/℃,其变化趋势与仿真结果一致。这为实现全温范围下高精度MOEMS加速度计奠定了基础。 展开更多
关键词 微光机电系统(moems)加速度计 光栅泰伯效应 热仿真 温度特性 温控电路 标度因数 零偏稳定性
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一种光强差分调制MOEMS加速度计 被引量:1
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作者 韩兴宇 黄堃 +1 位作者 石云波 曹慧亮 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期211-214,共4页
针对传统微光机电系统(MOEMS)光学加速度传感器结构复杂、信号解算繁琐等缺点,该文设计了一种基于绝缘衬底上的硅(SOI)片上工艺的,光强差分测量加速度的MOEMS加速度计。该传感器的主要光强调制部件为90°V型镜,在V型镜的对应位置上... 针对传统微光机电系统(MOEMS)光学加速度传感器结构复杂、信号解算繁琐等缺点,该文设计了一种基于绝缘衬底上的硅(SOI)片上工艺的,光强差分测量加速度的MOEMS加速度计。该传感器的主要光强调制部件为90°V型镜,在V型镜的对应位置上集成3个光纤通道,入射光经V型镜反射后进入2条输出光纤通道。加速度信号由进入2条光纤通道的光强差检测。器件的所有部分集成在单一的SOI晶圆片上,由一次深刻蚀工艺制造。与传统传感器比较,具有工艺简单、抗电磁干扰和有效抑制共模信号等优势。加速度计的性能指标:微机械灵敏度为0.077 7μm/g(g=9.8m/s^2),谐振频率为1.79kHz,传感器灵敏度为5.46mV/g。 展开更多
关键词 微光机电系统 光强调制 差分测量 半导体工艺 加速度计
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Review of micromachined optical accelerometers:from mg to sub-μg 被引量:13
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作者 Qianbo Lu Yinan Wang +3 位作者 Xiaoxu Wang Yuan Yao Xuewen Wang Wei Huang 《Opto-Electronic Advances》 SCIE 2021年第3期1-24,共24页
Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems(MOEMS)accelerometer is a new type of accelerometer which combines the merits of optical measurement and Micro-Electro-Mechanical Systems(MEMS)to enable high precision,small volume... Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems(MOEMS)accelerometer is a new type of accelerometer which combines the merits of optical measurement and Micro-Electro-Mechanical Systems(MEMS)to enable high precision,small volume and anti-electromagnetic disturbance measurement of acceleration.In recent years,with the in-depth research and development of MOEMS accelerometers,the community is flourishing with the possible applications in seismic monitoring,inertial navigation,aerospace and other industrial and military fields.There have been a variety of schemes of MOEMS accelerometers,whereas the performances differ greatly due to different measurement principles and corresponding application requirements.This paper aims to address the pressing issue of the current lack of systematic review of MOEMS accelerometers.According to the optical measurement principle,we divide the MOEMS accelerometers into three categories:the geometric optics based,the wave optics based,and the new optomechanical accelerometers.Regarding the most widely studied category,the wave optics based accelerometers are further divided into four sub-categories,which is based on grating interferometric cavity,Fiber Bragg Grating(FBG),Fabry-Perot cavity,and photonic crystal,respectively.Following a brief introduction to the measurement principles,the typical performances,advantages and disadvantages as well as the potential application scenarios of all kinds of MOEMS accelerometers are discussed on the basis of typical demonstrations.This paper also presents the status and development tendency of MOEMS accelerometers to meet the ever-increasing demand for high-precision acceleration measurement. 展开更多
关键词 accelerometer Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems(moems) integrated optics accelerometer review
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基于片上工艺的MOEMS光强差分测量加速度计研究
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作者 薛国芳 张培彦 《电子器件》 CAS 北大核心 2018年第5期1130-1135,共6页
论证了一种基于SOI(Silicon On Insulator)片上工艺的,通过光强差分测量加速度的微光机电系统(MOEMS)加速度计。器件主要结构为较大悬浮质量块对称两端加工出两面V型反射镜。系统整个微机械结构在细直弹性梁支撑下,因受惯性力作用V型镜... 论证了一种基于SOI(Silicon On Insulator)片上工艺的,通过光强差分测量加速度的微光机电系统(MOEMS)加速度计。器件主要结构为较大悬浮质量块对称两端加工出两面V型反射镜。系统整个微机械结构在细直弹性梁支撑下,因受惯性力作用V型镜发生位移改变,从而将引入系统中的光信号进行差分反射。最后,通过外部光电探测器测量出各通路光纤的光强信号来测算加速度值。片上微加工所得的器件经实验测量得到了:7.77×10-2μm的结构灵敏度,1.38 k Hz谐振频率,3.73m V/gn器件灵敏度和0.987的线性度。 展开更多
关键词 微光机电系统(moems) 光强差分测量 加速度计
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波长调制型光波导集成MOEMS加速度传感器设计
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作者 石云霞 《应用技术学报》 2022年第2期138-143,共6页
为了设计一种高灵敏度、稳定性好、测试简便的光学加速度计,选择了对光源稳定性要求低、抗噪能力强的波长调制检测模块。基于建立的光学模型,分析了活动光栅数、光栅间距和光栅厚度等主要影响因素。根据透射光谱的变化规律,获得了满足... 为了设计一种高灵敏度、稳定性好、测试简便的光学加速度计,选择了对光源稳定性要求低、抗噪能力强的波长调制检测模块。基于建立的光学模型,分析了活动光栅数、光栅间距和光栅厚度等主要影响因素。根据透射光谱的变化规律,获得了满足加速度计需求的模型尺寸和结构。结合微细加工条件,设计出加速度计的微机械结构。经仿真计算,传感器的机械灵敏度为3.83μm/g,光学检测灵敏度为0.52μm/g,分辨率为19×10^(–6) g,谐响应频率为471 Hz。提出的高分辨率加速度计适用于强磁场、远程遥控等环境中的振动监测。 展开更多
关键词 微光机电加速度计 波长调制 光波导 光学优化 高精度
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基于模糊PID的微光学加速度计温度控制系统研究
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作者 余馨龙 陈佳晓 +2 位作者 闫文辉 吴霜 卢乾波 《弹箭与制导学报》 北大核心 2024年第5期63-74,共12页
微加速度计由于其体积小、测量精度高等优点广泛应用于惯性导航等领域,基于光学测量原理的MOEMS(micro-opto-electro-mechanical system)加速度计不易受电磁干扰,拥有更高的测量精度,具有良好的发展前景。外界环境的变化会对微加速度计... 微加速度计由于其体积小、测量精度高等优点广泛应用于惯性导航等领域,基于光学测量原理的MOEMS(micro-opto-electro-mechanical system)加速度计不易受电磁干扰,拥有更高的测量精度,具有良好的发展前景。外界环境的变化会对微加速度计的性能产生不利影响,特别是环境温度的变化,高精度微光学加速度计的光腔长度对于温度十分敏感,从而导致探测精度下降,因此提升其温度稳定性势在必行。进行温度控制是降低微光学加速度计芯片热效应的最有效方法,针对所设计的三明治式芯片级封装的MOEMS加速度计,提出了一种基于遗传算法和模糊PID(proportional-integral-derivative)控制的闭环温度控制方案,设计温控电路并使用单片机作为主控芯片,确定被控对象模型后辨识传递函数,同时对系统温度控制参数进行调试整定。文中研究的三明治式微光学加速度计封装结构为温度控制提供了条件,基于模糊逻辑和遗传算法对PID控制参数进行优化的温度控制方案具有良好的控制性能,调节时间快,在理论上使温度控制误差有数量级的减小,有效降低高精度微光学加速度计芯片的热效应。该温度控制方案具有良好的鲁棒性,对其他具有小型半封闭结构的微传感器同样具有实际应用价值。 展开更多
关键词 moems加速度计 温度控制 模糊PID控制 遗传算法
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Design and process test of a novel MOEMS accelerometer based on Raman-Nath diffraction
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作者 张祖伟 温志渝 +2 位作者 尚正国 李东玲 胡晶 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2012年第9期82-88,共7页
A novel micro-opto-electro-mechanical system (MOEMS) accelerometer based on Raman-Nath diffraction is presented. It mainly consists of an FPW delay line oscillator and optical strip waveguides. The fun- damental the... A novel micro-opto-electro-mechanical system (MOEMS) accelerometer based on Raman-Nath diffraction is presented. It mainly consists of an FPW delay line oscillator and optical strip waveguides. The fun- damental theories and principles of the device are introduced briefly. A flexural plate-wave delay-line oscillator is designed to work as an acousto-optic (AO) shifter, which has a Klein-Cook parameter of 0.38. Single-mode optical strip waveguides of 2 μm in width and thicknesses of 0.6 μm are designed by using the effective index method for light transmission. The E^y00 mode waveguide polarizers are designed to ensure the consistency of the light polarization in the waveguides. The fabrication process, based on (100) oriented, 450-#m-thick silicon wafers is proposed in detail, and some difficulties in the process are discussed carefully. At last, a series of process tests are undertaken to solve the proposed problems. The results indicate that the proposed design and fabrication process of the device is dependable and realizable. 展开更多
关键词 accelerometer moems Raman-Nath diffraction DESIGN process test
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Theoretical analysis and concept demonstration of a novel MOEMS accelerometer based on Raman-Nath diffraction
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作者 张祖伟 温志渝 胡晶 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2012年第4期51-56,共6页
The design and simulation of a novel microoptoelectromechanical system (MOEMS) accelerometer based on Raman-Nath diffraction are presented. The device is planned to be fabricated by microelectromechanical system tec... The design and simulation of a novel microoptoelectromechanical system (MOEMS) accelerometer based on Raman-Nath diffraction are presented. The device is planned to be fabricated by microelectromechanical system technology and has a different sensing principle than the other reported MOEMS accelerometers. The fun- damental theories and principles of the device are discussed in detail, a 3D finite element simulation of the flexural plate wave delay line oscillator is provided, and the operation frequency around 40 MHz is calculated. Finally, a lecture experiment is performed to demonstrate the feasibility of the device. This novel accelerometer is proposed to have the advantages of high sensitivity and anti-radiation, and has great potential for various applications. 展开更多
关键词 accelerometer moems Raman-Nath diffraction FPW delay line oscillator
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自溯源型MOEMS加速度计谐振子设计仿真研究 被引量:1
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作者 常郅坤 张婉怡 +6 位作者 沈箫雨 牟群 韩晓玲 宋松 牛鹏飞 邓晓 程鑫彬 《计量科学与技术》 2023年第6期9-15,43,共8页
MOEMS加速度计是加速度传感器未来的发展趋势之一,光学位移检测手段是决定测量精度的核心因素,与之配套的谐振子设计、匹配关系是充分发挥其性能的关键要素。自溯源光栅干涉仪是一种超精密位移测量方法,具有测量直接溯源、精度高、小型... MOEMS加速度计是加速度传感器未来的发展趋势之一,光学位移检测手段是决定测量精度的核心因素,与之配套的谐振子设计、匹配关系是充分发挥其性能的关键要素。自溯源光栅干涉仪是一种超精密位移测量方法,具有测量直接溯源、精度高、小型化等优势,非常契合MOEMS加速度计的位移测量需求。结合自溯源光栅干涉仪特性,计算、设计并仿真了自溯源型MOEMS加速度计谐振子。基于谐振子力学理论模型,计算了谐振子刚度和固有频率,采用COMSOL软件仿真了谐振子谐振模态、不同轴向的灵敏度与应力分布,设计了位移灵敏度高达10.01μm/g,同时具有超低横向串扰的谐振子,对直接溯源型高精度加速度测量方案的技术研发与性能优化具有重要意义。 展开更多
关键词 计量学 moems加速度计 自溯源光栅干涉仪 谐振子 COMSOL有限元仿真 固有频率 灵敏度 应力分布
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微光机电加速度计的研究现状及发展(英文) 被引量:3
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作者 冯丽爽 迟媛媛 +1 位作者 周震 姚保寅 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2011年第9期583-590,共8页
对目前正成为研究热点的微光机电(MOEMS)加速度计的原理和结构特点进行分析,总结了MOEMS加速度计的分类和发展趋势。针对微-纳光栅加速度计,分析了基于干涉效应的微米光栅加速度计和基于亚波长结构有效折射率变化的纳米光栅加速度计的... 对目前正成为研究热点的微光机电(MOEMS)加速度计的原理和结构特点进行分析,总结了MOEMS加速度计的分类和发展趋势。针对微-纳光栅加速度计,分析了基于干涉效应的微米光栅加速度计和基于亚波长结构有效折射率变化的纳米光栅加速度计的结构和原理,其精度可达ng,并成功应用到地震监测中。重点分析了基于聚合物的新型光波导加速度计的结构和性能。微环谐振式加速度计测量精度高,性能可"裁剪",但长期稳定性是制约其应用的主要问题。光力加速度计利用原子进行加速度测量,克服了传统悬臂梁结构长期稳定性差的缺点,具有极高的测量精度。对这几种加速度计的技术特点和主要指标进行比较,并初步探讨了用于惯性领域中的MOEMS加速度计的发展方向和应用前景。 展开更多
关键词 微光机电(moems)加速度计 微-纳光栅加速度计 抗电磁干扰 精度高 惯性领域
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一种推挽式拉链腔型声光子晶体加速度计
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作者 刘红硕 毕然 +3 位作者 傅力 佘玄 陈侃 舒晓武 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期667-671,679,共6页
针对小型化惯性测量单元对加速度计的集成需求,设计了一种基于腔光力学原理的推挽式拉链腔型声光子晶体加速度计。加速度计采用铌酸锂单晶薄膜材料,将MMI耦合器、相位调制器、声光子晶体拉链腔等结构实现单片集成,同时推挽结构消除了旁... 针对小型化惯性测量单元对加速度计的集成需求,设计了一种基于腔光力学原理的推挽式拉链腔型声光子晶体加速度计。加速度计采用铌酸锂单晶薄膜材料,将MMI耦合器、相位调制器、声光子晶体拉链腔等结构实现单片集成,同时推挽结构消除了旁轴加速度带来的误差。所提出的加速度计基于仿真结果功能特性如下:带宽大于20 kHz,噪声等效加速度10.2μg/√Hz,通过增大测试质量至10^(-9) kg可以将分辨率提升至10^(-7) g/√Hz量级,采用闭环调频反馈,可扩展线性测量范围至±80 g。同时实现大带宽、高分辨率与大量程的加速度计传感。加速度计适配激光光源,未来可与谐振式光学陀螺集成应用于惯性导航系统。 展开更多
关键词 微光机电系统 加速度计 声光晶体 拉链腔 推挽式
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新型微加速度计研究进展 被引量:7
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作者 李昕蔚 吴江波 +5 位作者 闫兴 黄文逸 陈鼎威 李建 黄勇军 文光俊 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2022年第9期1-14,35,共15页
微加速度计是一类极为重要的微惯性传感器,广泛应用于振动检测、惯性测量、惯性导航等多个技术行业。随着微纳加工技术的日趋成熟,微加速度计技术的发展受到广泛关注。中文对近年来基于微机电系统和微光机电系统的微加速度计最新研究进... 微加速度计是一类极为重要的微惯性传感器,广泛应用于振动检测、惯性测量、惯性导航等多个技术行业。随着微纳加工技术的日趋成熟,微加速度计技术的发展受到广泛关注。中文对近年来基于微机电系统和微光机电系统的微加速度计最新研究进展进行综述,简要介绍各种微加速度计的基本工作原理、优势和不足之处,并对各种类型微加速度计的性能进行综合对比分析,讨论出适用于高精度惯性测量及惯性导航等应用方向的微加速度计设计方案,最后分析其仍面临的各种技术挑战,展望未来发展方向。 展开更多
关键词 微加速度计 微机电系统 微光机电系统 微腔光力系统 机械热噪声 光量子噪声
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用于加速度计的硅基拉链光子晶体腔光机系统
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作者 谭红宇 姚远 《光学与光电技术》 2023年第6期106-116,共11页
基于光子晶体微腔的腔光机加速度计将机械谐振子及高品质因数光子晶体腔相结合,其中的机械振子在机械震荡模式下对微弱力/位移敏感的特性,可以实现极低的噪声水平,理论上能够达到标准量子噪声极限,是高精度加速度计的重要发展方向。对... 基于光子晶体微腔的腔光机加速度计将机械谐振子及高品质因数光子晶体腔相结合,其中的机械振子在机械震荡模式下对微弱力/位移敏感的特性,可以实现极低的噪声水平,理论上能够达到标准量子噪声极限,是高精度加速度计的重要发展方向。对拉链式光子晶体腔光机加速度计的原理和结构特点进行分析,设计了一种应用于加速度计的硅基拉链式光子晶体腔和机械振子结构。分析了拉链腔的结构参数对光学Q值的影响,通过调节结构参数将光腔的谐振频率控制在195 THz附近,并分析了机械振子和光腔的机械谐振特性,光腔的有效质量为30 pg,加上机械振子后有效质量为3.1 ng,光机耦合率达到GHz/nm量级,为基于硅基拉链腔加速度计的制造和表征提供了指导。 展开更多
关键词 微型光机电系统 加速度计 高精度 拉链腔 光子晶体
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高精度光学MEMS加速度计研究现状及发展 被引量:1
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作者 姚远 潘德彬 《光学与光电技术》 2019年第6期91-97,共7页
采用了光学检测技术和MEMS技术的微加速度计,不仅具有MEMS加速度计体积小、功耗低、可靠性高等优点,同时具备光学测量的抗电磁干扰和高精度的优势,是未来高精度加速度计的发展方向。分析了微光机电(MOEMS)加速度计的原理和结构特点,总结... 采用了光学检测技术和MEMS技术的微加速度计,不仅具有MEMS加速度计体积小、功耗低、可靠性高等优点,同时具备光学测量的抗电磁干扰和高精度的优势,是未来高精度加速度计的发展方向。分析了微光机电(MOEMS)加速度计的原理和结构特点,总结了MOEMS加速度计的主流分类和发展趋势。具体分析了光纤布拉格光栅式,法布里-珀罗干涉式、光子晶体纳米腔式以及光栅干涉衍射式加速度计的原理及目前达到的精度指标。对这几种微光机电加速度计的技术特点和主要指标进行了比较,并初步探讨了用于惯性领域中的MOEMS加速度计的发展方向和应用前景。 展开更多
关键词 光电检测 微光机电 加速度计 高精度 惯性领域
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