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专利号: 2025114323389
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种MEMS光谐振式加速度计,其特征在于,包括玻璃基座、硅微结构层、安全结构组、双象限光电探测器和光源;

安全结构组固定在玻璃基座的表面,分布在硅微结构层的周围,硅微结构层悬挂在玻璃基座上,光源固定设置于硅微结构层之外,光源的光轴垂直于玻璃基座平面,双象限光电探测器固定在玻璃基座表面中心;

硅微结构层包括质量块、谐振器组、垂直力放大结构组和受力基座,受力基座为环状结构,垂直力放大结构组和质量块分布在受力基座的内侧,质量块通过垂直力放大结构组连接受力基座,谐振器组固定在受力基座的内侧壁上;质量块的两侧设置有梳齿,与谐振器组的梳齿对插形成静电梳齿驱动器;

质量块中心设有完全贯穿厚度方向的圆形透光孔,光源发出的光透过圆形透光孔后被双象限光电探测器接收,在加速度计静止状态下,双象限光电探测器的光敏区与圆形透光孔共轴对齐;

当加速度计受到外界加速度作用时,作用于受力基座的惯性力放大并转换为施加于质量块的轴向应力,调制质量块的固有谐振频率;静电梳齿驱动器驱动质量块在固有谐振频率下振动,双象限光电探测器实时检测质量块振动引起的光强变化信号,当检测到的光强信号相位与驱动信号相位相差90度时,系统实现闭环锁定,并将加速度值转换为谐振频率的偏移量进行测量。

2.根据权利要求1所述的一种MEMS光谐振式加速度计,其特征在于,垂直力放大结构组包括第一垂直力放大单元、第二垂直力放大单元、第三垂直力放大单元和第四垂直力放大单元,均包括垂直力输入直梁、垂直力支撑梁、垂直力锚点以及垂直力输出直梁;

垂直力输入直梁与垂直力输出直梁平行设置,垂直力输入直梁的一端和垂直力输出直梁的一端通过垂直力支撑梁连接,垂直力输入直梁的另一端连接受力基座,垂直力输出直梁的另一端连接质量块;

垂直力锚点刚性固定于玻璃基座,垂直力锚点的一端连接垂直力支撑梁,垂直力锚点和垂直力输入直梁分布在垂直力支撑梁的同一侧,垂直力输出直梁分布在垂直力支撑梁的另一侧;

垂直力输入直梁与垂直力输出直梁形成以锚点为支点的不等臂杠杆,当惯性力作用于受力基座时,力通过垂直力输入直梁传递至垂直力支撑梁,垂直力支撑梁围绕固定于受力基座的锚点旋转,将垂直方向的位移和力放大并转换为水平方向的运动,经垂直力输出直梁将放大后的力施加于质量块,实现对惯性力的机械放大及向轴向应力的转换。

3.根据权利要求1所述的一种MEMS光谐振式加速度计,其特征在于,谐振器组包括第一谐振器和第二谐振器,第一谐振器和第二谐振器对称分布在质量块的两侧,第一谐振器和第二谐振器的一侧设置有梳齿,第一谐振器和第二谐振器的另一侧固定在受力基座的内壁上。

4.根据权利要求1所述的一种MEMS光谐振式加速度计,其特征在于,安全结构组包括第一安全单元、第二安全单元、第三安全单元和第四安全单元,第一安全单元、第二安全单元、第三安全单元和第四安全单元的结构相同,均包括固定锚点和折叠梁,折叠梁的一端连接固定锚点,折叠梁的另一端为自由端,该自由端与受力基座外侧壁之间预留有限位间隙;固定锚点固定在玻璃基座上,固定锚点位于受力基座的外侧。

5.根据权利要求4所述的一种MEMS光谐振式加速度计,其特征在于,折叠梁为单根梁经弯折而成的连续结构。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种MEMS光谐振式加速度计,其特征在于,双象限光电探测器的光敏区包括第一区域和第二区域,第一区域接收的光强信号与第一谐振器的位移线性相关,第二区域接收的光强信号与第二谐振器的位移线性相关。