感知“利”器｜单芯片双轴水平光纤加速度传感器及其制备方法
2017-05-16 21:30:58 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
本发明集成了MEMS微制造技术和光纤检测技术，因而其具有MEMS微制造技术的体 积小、重量轻、批量化生产和光纤检测技术的高灵敏度、高频响应、无源、抗电磁干扰特性。
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加速度传感器可以测量运动物体加速度，在惯性测量、惯性导航、振动测量等应用中具 有广泛的需求。相对于压阻、压电、电容原理的传统加速度传感器，光纤加速度传感器以其 技术特点成为一类重要的加速度传感器，正在受到越来越多的重视，在国民经济、国防中获 得了广泛应用。在一些重要、特殊应用领域，例如航空航天的制导系统、石油勘探的地震检 波系统、舰船的振动监测、桥梁建筑结构检测系统、交通情况监测系统等，急需具有抗电磁 干扰、高灵敏度、大动态范围、易复用的高性能光纤加速度传感器。
光纤加速度传感器按光学敏感原理主要可以分为光强调制型、相位调制型和波长调制型，业已开展了广泛、深入的研究，其中MEMS光纤加速度传感器引起了人们广泛的关注。MEMS光纤加速度传感器采用MEMS敏感结构和光纤检测技术，融合了MEMS微制造技术和光纤传感技术的特点，具有体积小、灵敏度高、批量制造等技术优势。
【推荐发明专利】
《单芯片双轴水平光纤加速度传感器及其制备方法》
【技术背景】
加速度是一个矢量信号，加速度传感器通常具有方向性敏感响应，据此MEMS光纤加速度传感器可以划分为单轴、双轴和三轴MEMS光纤加速度传感器。在诸如矢量水听器，惯性导航和姿态控制等实际应用中，通常需要完整的加速度信息，因此，基于MEMS技术的三轴光纤加速度传感器具有重要意义。
通过封装和集成技术，基于MEMS技术的三轴加速度传感器可通过三种方式实现：
1）三个单轴加速度敏感单元直接封装成三轴加速度传感器。这种实现方式增加了三轴加速度传感器的体积和封装成本，而且在封装过程中由于各单轴传感器的正交失配，三轴加速度传感器的交差灵敏度是不可避免的，从而导致传感器的性能退化。
2）由单一质量块和若干弹性梁构成多自由度的加速度传感器，加速度传感器前三个振动模分别传感加速度的三个分量。然而，设计和制造这种单芯片的三轴加速度传感器非常复杂，而且在不同敏感方向具有相同的性能充满挑战。
3）三个单轴加速度传感器单元通过MEMS技术制造在单一的衬底上形成单芯片的三轴加速度传感器。与上述的MEMS三轴加速度传感器相比，这类加速度传感器有很多优点：其中包括适中的体积，小的交叉灵敏度，而且易实现在不同敏感方向具有相同性能。但是，目前已实现的基于MEMS技术的单芯片三轴加速度传感器，大多是直接将加速度信号转换成电信号，而不是利用光纤检测技术转换成光信号。
【发明内容】
本发明的单芯片双轴水平光纤加速度传感器及其制备方法，包括：在第一基底上形成两个敏感方向相互正交的、对水平加速度敏感的单轴加速度敏感单元，单轴加速度敏感单元包括微反光镜、弹性梁以及光高反射膜，在第二基底表面形成微反光镜扭转空间；将第一基底与第二基底键合；对双轴加速度敏感芯片和光纤准直器进行光学耦合封装。
本发明集成了MEMS微制造技术和光纤检测技术，因而其具有MEMS微制造技术的体 积小、重量轻、批量化生产和光纤检测技术的高灵敏度、高频响应、无源、抗电磁干扰特性。 由于光信号的输入和输出在双轴加速度敏感芯片的一测，且只需两支光纤准直器就可实现双 轴加速度敏感芯片的光信号的传输，因而不仅简化了芯片的封装而且也减小了芯片封装成本 和体积。本发明的单芯片双轴加速度敏感芯片，可以和我们已经实现的垂直轴加速度传感器集 成，实现单芯片三轴光纤加速度传感器。
【相关加速度传感器专利】
《噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法》
《单芯片硅集成三轴高频宽高冲击加速度计及其制作方法》
《高精度波长形加速度传感器及其制备方法》
《加速度计内嵌压力传感器的单硅片复合传感器结构及方法》
【相关研究报告】
《mCube晶圆级芯片封装（WLCSP）MEMS加速度计：MC3672》
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