微光機電系統（MOEMS）加速度計綜合了光學、微機械和電學等多種學科的特性，不僅具有一般MEMS傳感器的體積小、低成本的優勢，而且進一步拓寬了加速度計的應用范圍，因此過去十幾年得到了快速發展。根據光學原理，加速度計被分為光強調制、相位調制和波長調制等多種類型。基于光強調制原理設計的傳感器發展較早，器件相對成熟，但其精度不高，光源穩定性直接影響加速度計的分辨率。相位調制型和波長調制型傳感器基于其高精度、高穩定性和高可靠性等優點，成為MOEMS加速度計的主流趨勢。

據麥姆斯咨詢報道，為了進一步提升MOEMS加速度計性能，上海應用技術大學研究人員通過結合光學檢測模塊和加速度計微機械結構的優化分析，并綜合微加工技術條件，設計了一種基于波長調制的雙端差分檢測MOEMS加速度計。該加速度計具有高靈敏度、高線性度、高穩定性和抗電磁干擾等優勢。相關研究成果已發表于《應用技術學報》期刊。

該項工作中，為了設計一種高靈敏度、穩定性好、測試簡便的光學加速度計，研究人員選擇了對光源穩定性要求低、抗噪能力強的波長調制檢測模塊。基于建立的光學模型，通過改變活動光柵數、光柵間距、光柵厚度等影響透射光譜因子，分析了透射光譜變化對加速度計靈敏度、量程等性能影響。其中，活動光柵數增多，透射波的透射率變低，對加速度計檢測部分要求變高；兩光柵間距變小，透射波波長變化明顯，加速度計的靈敏度提高，但量程變小；光柵厚度增加，透射光譜的禁帶變窄，會影響加速度計的量程。通過研究這些影響因素，并總結透射光譜變化規律，研究人員完成了加速度計的優化設計。

不同活動光柵數的模型

綜合光學檢測模塊的優化分析，并結合微加工技術條件，研究人員設計了一種具有雙端差分檢測結構的MOEMS加速度計。其質量塊由4個Μ形梁支撐，2個活動光柵對稱分布在質量塊兩邊。當施加外部加速度時，連接在質量塊上的活動光柵在傳感方向中有相對位移，從而導致輸出透射波長變化。通過檢測波長變化，計算加速度的大小。該雙端檢測結構提高了器件的對稱性，降低了交叉靈敏度的影響，同時在測試中能進行結果驗證，使檢測結果不受儀器連接等人為因素影響。

經仿真計算，該加速度計的機械靈敏度為3.83 μm/g，光學檢測靈敏度為0.52 μm/g，分辨率為19×10?? g，諧響應頻率為471 Hz。

MOEMS加速度計結構

MOEMS加速度計的前二階諧振模型

禁帶中仿真11次的透射波示意圖

加速度與透射波長特性曲線

該項研究提出的MOEMS加速度計具有高靈敏度、高線性度、高穩定性和抗電磁干擾等優勢，將能夠適用于強磁場、遠程遙控等環境中的振動監測。

審核編輯：郭婷