脈沖微位移傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種脈沖微位移傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著集成電路制造工藝和微機械加工工藝的發(fā)展，以這兩種制作工藝為基礎(chǔ)的微機械傳感器的到了快速的發(fā)展。微機械傳感器以其體積小、重量輕、功耗小、成本低、易集成、過載能力強和可批量生產(chǎn)等特點，迅速占領(lǐng)了各種傳感器領(lǐng)域，例如微機械加速度傳感器等。目前，隨著對微機械位移傳感器性能要求的提高，特別是中高精度位移傳感應用需求的不斷擴展，與光學測量和微光學技術(shù)相結(jié)合的高精度微光機位移傳感器的研宄成為了一個重要發(fā)展方向。
[0003]現(xiàn)有的中微小位移傳感器主要分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器。雖然種類繁多，但是現(xiàn)在的位移傳感器的位移精度最高只能達到納米量級，一種納米級的微位移測量裝置是美國Sandia Nat1nal Lab設計的雙光柵MEMS位移傳感器，該裝置是利用光柵反射光強來測量微小位移但該裝置只能測量到微米級位移，難以達到更高的精度，主要限制因素是光強VS光柵位移的曲線曲率較低，使得光強相對于位移的變化較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供了一種脈沖微位移傳感器。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種脈沖微位移傳感器，包括光源、分束器、運動光柵、固定光柵、增反層、第一紅外光電探測器、第一聚焦透鏡組、第二紅外光電探測器、第二聚焦透鏡組、第一固定底座、第二固定底座、回形懸臂梁、上層電容平板、下層電容平板、信號處理模塊和電流驅(qū)動模塊；所述上層電容平板上刻蝕運動光柵；上層電容平板的一端通過兩個回形懸臂梁與第一固定底座相連，另一端通過兩個回形懸臂梁與第二固定底座相連；第一固定底座和第二固定底座均固定在增反層上；上層電容平板通過回形懸臂梁、第一固定底座和第二固定底座與增反層電連接；所述下層電容平板上刻蝕固定光柵，下層電容平板固定在增反層上，與增反層絕緣；
[0006]在上層電容平板的兩個長邊處對稱設有兩個第一梳狀電極，在每個第一梳狀電極的上方各設有與其所對應的第二梳狀電極，且所述第二梳狀電極可靠靜電力被第一梳狀電極吸引或排斥；每個第二梳狀電極均通過梳狀電極固定底座固定在增反層上，與增反層絕緣；
[0007]所述光源置于上層電容平板的正上方，光源的下方設有分束器，第一紅外光電探測器和第二紅外光電探測器對稱置于光源的兩側(cè)，第一聚焦透鏡組置于第一紅外光電探測器的正下方，第二聚焦透鏡組置于第二紅外光電探測器的正下方；第一紅外光電探測器和第二紅外光電探測器與信號處理模塊相連；下層電容平板的兩側(cè)通過引線相連后接入電流驅(qū)動模塊；兩個梳狀電極固定底座通過引線相連后接入電流驅(qū)動模塊；增反層的兩側(cè)通過引線相連后接入電流驅(qū)動模塊；電流驅(qū)動模塊與信號處理模塊相連；
[0008]所述光源為帶有準直擴束的紅外1530nm光源；所述增反層由800nm的SiN3*600nm的S12以及Si基底從上至下依次排布組成；所述運動光柵和固定光柵厚度均為950-965nm ;光柵數(shù)均為30-80個，周期T均為1493_1500nm，占空比均為0.45-0.5 ;運動光柵與固定光柵的空氣間隙為300-400nm。
[0009]進一步地，所述的光源為垂直腔表面發(fā)射激光器。
[0010]本實用新型有益的效果是:本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕；探測信號信噪比高，能夠精確反映兩個維度位移變化；具有調(diào)節(jié)能力，系統(tǒng)靈活；測量精度高，突破了現(xiàn)有的位移傳感器的探測精度；引入梳狀電極，動態(tài)范圍大，同時通過靜電力產(chǎn)生的微位移與測量的微位移平衡，保證運動光柵始終處于平衡位置，也即最靈敏的測量點位置，提高了系統(tǒng)測量精度，從而該器件能夠同時測量大位移并保持較高精度；器件和基片易加工制作，成本比同類型的位移傳感器低。同時，將光源，探測器以及光柵集成在一起，可以大大縮小系統(tǒng)的體積。根據(jù)此特點，可以在位移測量的小型化，高精度方面有著突破性進展。
【附圖說明】
[0011]圖1為一種光柵組微位移傳感器的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為光源以及探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為上層電容平板一角度的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4為上層電容平板另一角度的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5為下層電容平板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖6為梳狀電極一角度的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖7為梳狀電極和下層電容平板的組合結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖8為上層電容平板和下層電容平板組合一角度的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖9為上層電容平板和下層電容平板組合另一角度的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖10為單組光柵中反射光強隨著上下兩層光柵相對移動產(chǎn)生的脈沖式變化曲線圖；
[0021]圖11為圖10的脈沖局部放大圖；
[0022]圖中，光源1、分束器16、運動光柵2、固定光柵3、增反層4、第一紅外光電探測器5、第一聚焦透鏡組6、第二紅外光電探測器7、第二聚焦透鏡組8、第一固定底座9、第二固定底座15、回形懸臂梁10、上層電容平板11、下層電容平板12、信號處理模塊13、電流驅(qū)動模塊14。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。
[0024]當TE偏振的1530nm的紅外光源垂直照射到亞波長光柵上時，會在光柵表面以倏逝波的形式傳播。本實用新型依據(jù)伍德異?，F(xiàn)象中的一種特殊情況，即精確控制兩層光柵間隔在1/5的波長量級時(300-400nm間隔)，調(diào)整光柵的周期、占空比等參數(shù)，使得反射光強相對于位移距離有脈沖式的變化。當兩個光柵在垂直方向距離很近時，光會在兩層光柵之間震蕩，光通過倏逝場從一個光柵傳到另外一個光柵，同時另外一個光柵的倏逝波也會通過倏逝場耦合原來的光柵這是一種特殊的伍德異?，F(xiàn)象，與一般的伍德異常光強變化相對于位移的平緩曲線相比，有更高的斜率，能夠極大地放大微小位移的信號，能夠精確測量到納米量級以下的位移變化。
[0025]如圖1至圖9所示，本實用新型一種光柵組微位移傳感器，包括光源1、分束器16、運動光柵2、固定光柵3、增反層4、第一紅外光電探測器5、第一聚焦透鏡組6、第二紅外光電探測器7、第二聚焦透鏡組8、第一固定底座9、第二固定底座15、回形懸臂梁10、上層電容平板11、下層電容平板12、信號處理模塊13和電流驅(qū)動模塊14 ;所述上層電容平板11上刻蝕運動光柵2 ;上層電容平板11的一端通過兩個回形懸臂梁10與第一固定底座9相連，另一端通過兩個回形懸臂梁10與第二固定底座15相連；第一固定底座9和第二固定底座15均固定在增反層4上；上層電容平板11通過回形懸臂梁10、第一固定底座9和第二固定底座15與增反層4電連接；所述下層電容平板12上刻蝕固定光柵3，下層電容平板12固定在增反層4上，與增反層4絕緣；在上層電容平板11的兩個長邊處對稱設有兩個第一梳狀電極17，在每個第一梳狀電極17的上方各設有與其所對應的第二梳狀電極18，且所述第二梳狀電極18可靠靜電力被第一梳狀電極17吸引或排斥；每個第二梳狀電極18均通過梳狀電極固定底座固定在增反層4上，與增反層4絕緣；
[0026]所述光源I置于上層電容平板11的正上方，光源I的下方設有分束器16，第一紅外光電探測器5和第二紅外光電