一种基于静电反馈结构的三轴光栅加速度计装置

1.本发明涉及微机电系统(mems)和微惯性测量仪表技术领域，具体涉及到一种基于静电反馈结构的三轴光栅加速度计装置。


背景技术：

2.加速度计作为惯性测量系统中的重要组成部分，在惯性导航、地震监测、资源勘探领域都有着广泛的应用。这些领域通常都需要检测
µ
g级的加速度，为了获得极低的机械热噪声和极高的位移分辨率，将光学干涉原理与微机电系统（mems）相结合实现了基于光栅干涉位移测量原理的加速度计。相比于主流的电容式加速度计，光栅加速度计具有高灵敏度、高线性度、抗电磁干扰能力强等优点。
3.由于mems加工技术的高速发展，使得惯性仪器高精度、集成化和微型化等方面成为了主要的发展趋势，微型化加速度计目前已经可以达到微g级，想要进一步提高，微型化和高精度两者则很难兼得，传统mems加速度计的质量块微型化会获得数倍量级的机械热噪声，这也是超高精度惯性器件难以突破微型化的重要原因。光栅加速度计将光栅干涉技术与mems技术相结合，从而形成了高灵敏度度的集成式加速度计，实现了微型化惯性器件的高灵敏度测量。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明公开了针对目前超高精度惯性仪器微型化技术难题，本发明公开了一种基于静电反馈结构的三轴光栅加速度计装置，具有极高的机械灵敏度、高线性度、抗电磁干扰能力强等优点。
5.一种基于静电反馈结构的三轴光栅加速度计装置，包括顶层结构、中层主体结构和底层结构，而顶层结构、中层主体结构和底层结构，从上到下布置形成一个完整的三轴光栅加速度计结构。其中中层主体结构包括x轴模块、y轴模块、z轴模块、键合模块和第一键合层结构；x轴模块位于中层主体结构的左上角，y轴模块位于中层主体结构的右下角，x轴模块与y轴模块垂直布置，z轴模块位于中层主体结构的左下角，键合模块位于中层主体结构的右上角，第一键合层结构的键合电极分布于各个模块的四角处；中层主体结构为正方形，x轴模块与y轴模块构造完全一致，均为长方形，z轴模块、键合模块为正方形，x轴模块的下长边与z轴模块的上边长重合，y轴模块的左长边与z轴模块的右边长重合，键合模块的左边长与x轴模块的右短边重合，下边长与y轴模块的上短边重合，第一键合层结构的下表面与x轴模块、y轴模块、z轴模块、键合模块的上表面重合；x轴模块用于测量x轴方向的加速度，y轴模块用于测量y轴方向的加速度，z轴模块用于测量z轴方向的加速度，第一键合层结构用于与顶层结构键合。
6.本发明进一步改进在于：x轴模块由x轴环形外框、第一、二x轴环型外层弹性梁、x轴环形连接框架、第一、二x轴环型内层弹性梁、x轴梳齿结构、x轴可动光栅质量块、第一、二x轴固定光栅质量块构成；第一、二x轴固定光栅质量块位于x轴可动光栅质量块的内部的中
心位置，并关于x轴模块中心左右对称分布，第一、二x轴固定光栅质量块的上表面刻出大量平行等距凹槽形成光栅部分；x轴可动光栅质量块位于x轴模块的正中心，等距分成五个部分，第二、四部分挖空，第一、三、五部分保留连接，x轴可动光栅质量块的上表面同样刻出大量平行等距凹槽形成光栅部分；x轴梳齿结构位于x轴可动光栅质量块的左右两侧，x轴梳齿结构由x轴可动光栅质量块左方第一、二、三x轴反馈梳齿，x轴可动光栅质量块右方第四、五、六x轴反馈梳齿组成，左右两侧的反馈梳齿等间距分布，反馈梳齿由一对固定梳齿和一个可动梳齿构成，固定梳齿分别对称分布于可动梳齿的上下两侧，并在梳齿间形成一定的重叠长度且相邻梳齿的间距相等，上侧为驱动梳齿，下侧为感应梳齿，可动梳齿与x轴可动光栅质量块相连，反映x轴可动光栅质量块的位移；x轴可动光栅质量块通过上方第一x轴环型内层弹性梁和下方第二x轴环型内层弹性梁支撑于x轴环形连接框架之上，x轴环形连接框架内部结构作为整体，再通过上方第一x轴环型外层弹性梁和下方第二x轴环型外层弹性梁支撑于x轴环形外框之上，其中第一、二x轴环型外层弹性梁略长于第一、二x轴环型内层弹性梁。当经过准直后的激光光束透过顶部玻璃近似照射到光栅上时，一部分光被直接反射，并形成衍射光束1，另一部分入射光通过光栅的间隙后被反射回来，再次经过光栅后形成衍射光束2。两个衍射光束会发生干涉，产生干涉光斑，当外界有x轴加速度输入时，x轴可动光栅质量块会受到惯性力的作用产生位移，而x轴固定光栅质量块不发生改变，从而影响光斑强度的改变。同时通过x轴静电反馈梳齿结构实现对x轴可动光栅质量块的控制，使得x轴可动光栅质量块始终处于平衡位置，最后实现对x轴加速度的闭环测量。
7.本发明进一步改进在于：y轴模块由y轴环形外框、第一、二y轴环型外层弹性梁、y轴环形连接框架、第一、二y轴环型内层弹性梁、y轴梳齿结构、y轴可动光栅质量块、第一、二y轴固定光栅质量块构成；第一、二y轴固定光栅质量块位于y轴可动光栅质量块的内部中心位置，并关于y轴模块中心上下对称分布，第一、二y轴固定光栅质量块的上表面刻出大量平行等距凹槽形成光栅部分；y轴可动光栅质量块位于y轴模块的正中心，等距分成五个部分，第二、四部分挖空，第一、三、五部分保留连接，y轴可动光栅质量块的上表面同样刻出大量平行等距凹槽形成光栅部分；y轴梳齿结构位于y轴可动光栅质量块的上下两侧，y轴梳齿结构由y轴可动光栅质量块上方第一、二、三y轴反馈梳齿，y轴可动光栅质量块下方第四、五、六y轴反馈梳齿组成，上下两侧的反馈梳齿等间距分布，反馈梳齿由一对固定梳齿和一个可动梳齿构成，固定梳齿分别对称分布于可动梳齿的左右两侧，并在梳齿间形成一定的重叠长度且相邻梳齿的间距相等，左侧为驱动梳齿，右侧为感应梳齿，可动梳齿与y轴可动光栅质量块相连，反映y轴可动光栅质量块的位移；y轴可动光栅质量块通过左方第一y轴环型内层弹性梁和右方第二y轴环型内层弹性梁支撑于y轴环形连接框架之上，y轴环形连接框架内部结构作为整体，再通过左方第一y轴环型外层弹性梁和右方第二y轴环型外层弹性梁支撑于y轴环形外框之上，其中第一、二y轴环型外层弹性梁略长于第一、二y轴环型内层弹性梁。当经过准直后的激光光束透过顶部玻璃近似垂直照射到光栅上时，一部分光被直接反射，并形成衍射光束1，另一部分入射光通过光栅的间隙后被反射回来，再次经过光栅后形成衍射光束2。两个衍射光束会发生干涉，产生干涉光斑，当外界有y轴加速度输入时，y轴可动光栅质量块会受到惯性力的作用产生位移，而y轴固定光栅质量块不发生改变，从而影响光斑强度的改变。同时通过y轴静电反馈梳齿结构实现对y轴可动光栅质量块的控制，使得y轴可动光栅质量块始终处于平衡位置，最后实现对y轴加速度的闭环测量。
8.本发明进一步改进在于：z轴模块由z轴环形外框、第一、二、三、四z轴u型外层弹性梁、z轴环形连接框架、第一、二、三、四z轴u型内层弹性梁、z轴质量块、第一、二z轴金属电极、z轴内层反射膜构成；z轴质量块为正方形，位于z轴模块的正中心位置，z轴内层反射膜为正方形，边长小于z轴质量块的边长，位于z轴质量块上表面的中心位置，第一、二z轴金属电极为环形，外围大小略小于z轴质量块，内围大小略大于z轴内层反射膜，第一z轴金属电极位于z轴质量块上表面的中心位置，第二z轴金属电极位于z轴质量块下表面的中心位置；第一z轴u型内层弹性梁位于z轴质量块的上方，第二z轴u型内层弹性梁位于z轴质量块的右方，第三z轴u型内层弹性梁位于z轴质量块的下方，第四z轴u型内层弹性梁位于z轴质量块的左方，z轴质量块通过第一、二、三、四z轴u型内层弹性梁支撑于z轴环形连接框架之上，第一z轴u型外层弹性梁位于z轴环形连接框架的上方，第二z轴u型外层弹性梁位于z轴环形连接框架的右方，第三z轴u型外层弹性梁位于z轴环形连接框架的下方，第四z轴u型外层弹性梁位于z轴环形连接框架的左方，z轴环形连接框架内部结构作为整体，再通过第一、二、三、四z轴u型外层弹性梁支撑于z轴环形外框之上，其中第一、二、三、四z轴u型外层弹性梁略长于第一、二、三、四z轴u型内层弹性梁。当经过准直后的激光光束透过顶部玻璃近似垂直照射到光栅上时，一部分光被直接反射，并形成衍射光束1，另一部分入射光通过光栅的间隙后被反射回来，再次经过光栅后形成衍射光束2。两个衍射光束会发生干涉，产生干涉光斑，当外界有z轴加速度输入时，z轴质量块会受到惯性力的作用，产生沿z轴方向的位移从而影响光斑强度的改变。同时通过静电反馈结构实现对z轴质量块的闭环控制，使得z轴质量块始终处于平衡位置，最后实现对z轴加速度的闭环测量。
9.本发明进一步改进在于：第一层键合层结构包括第一、二、三、四、五、六、七、八、九中层键合电极，第一中层键合电极位于x轴模块上表面的左上角，第三中层键合电极位于键合模块上表面的右上角，第七中层键合电极位于z轴模块上表面的左下角，第九中层键合电极位于y轴模块上表面的右下角，第四、五、六中层键合电极的中心位于x轴模块与z轴模块的交界线上，第二、五、八中层键合电极的中心位于y轴模块与z轴模块的交界线上，第一、四、七中层键合电极，第二、五、八中层键合电极和第三、六、九中层键合电极分别位于同一垂直线上，第一、二、三中层键合电极，第四、五、六中层键合电极和第七、八、九中层键合电极分别位于同一水平线上。
10.本发明进一步改进在于：顶层结构的第二键合层结构下表面与中层主体结构的第一键合层结构上表面完全重合，中层主体结构的环形外框和键合模块下表面与底层结构的锚点层上表面完全重合，形成类似三明治的三维结构。在顶层结构中，金属光栅的上表面与顶层玻璃基片的下表面重合，金属光栅正对于中层主体结构的z轴内层反射膜且与z轴内层反射膜存在一定间距，顶层金属电极的上表面与顶层玻璃基片的下表面重合，顶层金属电极正对于中层主体结构的第一z轴金属电极且与第一z轴金属电极存在一定间距，第二键合层结构上表面与顶层玻璃基片下表面重合，第二键合层结构下表面与第一键合层结构上表面重合。在中层主体结构中，左侧为x 轴模块，右侧为z轴模块，y轴模块与x轴构造一致，x轴模块中从左至右依次为x轴环形外框、第一x轴环型外层弹性梁、x轴环形连接框架、第一x轴环型内层弹性梁、x轴可动光栅质量块、第二x轴环型内层弹性梁、x轴环形连接框架、第二x轴环型外层弹性梁、x轴环形外框，x轴可动光栅质量块位于x轴模块中心位置，x轴可动光栅质量块左表面与第一x轴环型内层弹性梁连接，x轴可动光栅质量块右表面与第二x轴环型
内层弹性梁连接，x轴环形连接框架内表面与第一、二x轴环型内层弹性梁连接，x轴环形连接框架外表面与第一、二x轴环型外层弹性梁连接，x轴环形外框内表面与第一、二x轴环型外层弹性梁连接，形成环环嵌套的结构；z轴模块从左至右依次为z轴环形外框、第一z轴u型外层弹性梁、z轴环形连接框架、第一z轴u型内层弹性梁、z轴质量块、第三z轴u型内层弹性梁、z轴环形连接框架、第三z轴u型外层弹性梁，z轴质量块位于z轴模块的中心位置，z轴内层反射膜的下表面与z轴质量块的上表面重合，并位于z轴质量块的上表面的中心位置，第一z轴金属电极的下表面与z轴质量块的上表面重合，并位于z轴质量块的上表面的中心位置，第二z轴金属电极的上表面与z轴质量块的下表面重合，并位于z轴质量块的下表面的中心位置，z轴质量块左表面与第一z轴u型内层弹性梁连接，z轴质量块右表面与第三z轴u型内层弹性梁连接，z轴环形连接框架内表面与第一、三z轴u型内层弹性梁连接，z轴环形连接框架外表面与第一、三z轴u型外层弹性梁连接，z轴环形外框内表面与第一、三z轴u型外层弹性梁连接，形成环环嵌套的结构。在底层结构中，x轴外框锚点上表面与x轴环形外框下表面重合，x轴外框锚点下表面与底层玻璃基片上表面重合，z轴外框锚点上表面与z轴环形外框下表面重合，z轴外框锚点下表面与底层玻璃基片上表面重合，底层金属电极下表面与底层玻璃基片上表面重合，正对于第二z轴金属电极的正下方且与第二z轴金属电极存在一定间距，外围电极下表面与底层玻璃基片上表面重合，位于底层玻璃基片超出中层主体结构的外围区域。
11.本发明进一步改进在于：顶层结构由顶层玻璃基片、金属光栅、顶层金属电极和第二键合层结构构成，顶层玻璃基片为正方形，与中层主体结构大小保持一致，金属光栅位于z轴内层反射膜的正上方，大小与z轴内层反射膜大小保持一致，顶层金属电极为环形，位于z轴质量块的正上方，大小与第一、二z轴金属电极保持一致，金属光栅位于顶层金属电极的内部，且两者中心重合，第二层键合层结构包括第一、二、三、四、五、六、七、八、九顶层键合电极，第一、二、三、四、五、六、七、八、九顶层键合电极分别位于第一、二、三、四、五、六、七、八、九中层键合电极的正上方，第一顶层键合电极位于顶层玻璃基片上表面的右上角，第三顶层键合电极位于顶层玻璃基片上表面的左上角，第七顶层键合电极位于顶层玻璃基片上表面的右下角，第九顶层键合电极位于顶层玻璃基片上表面的左下角，第四、五、六顶层键合电极的中心位于x轴模块与z轴模块的交界线对应于顶层玻璃基片的线上，第二、五、八顶层键合电极的中心位于y轴模块与z轴模块的交界线对应于顶层玻璃基片的线上，第一、四、七顶层键合电极，第二、五、八顶层键合电极和第三、六、九顶层键合电极分别位于同一垂直线上，第一、二、三顶层键合电极，第四、五、六顶层键合电极和第七、八、九顶层键合电极分别位于同一水平线上。
12.本发明进一步改进在于：底层结构由底层玻璃基片、锚点层、第一、二x轴固定光栅质量块锚点、第一、二y轴固定光栅质量块锚点、底层金属电极、x轴驱动电极、x轴感应电极、y轴驱动电极、y轴感应电极、外围电极构成，底层玻璃基片为正方形，边长略长于顶层玻璃基片的边长，锚点层包括x轴外框锚点、y轴外框锚点、z轴外框锚点、键合模块锚点，锚点层的外围大小与中层主体结构大小保持一致，x轴外框锚点、y轴外框锚点、z轴外框锚点、键合模块锚点的大小分别与x轴环形外框、y轴环型外框、z轴环形外框、键合模块的大小保持一致，x轴外框锚点位于x轴环形外框的正下方且上表面与x轴环形外框下表面重合，y轴外框锚点位于y轴环形外框的正下方且上表面与y轴环形外框下表面重合，z轴外框锚点位于z轴
环型外框的正下方且上表面与z轴环形外框下表面重合，键合模块锚点位于键合模块的正下方且上表面与键合模块下表面重合，第一、二x轴固定光栅质量块锚点的大小与第一、二x轴固定光栅质量块的大小保持一致，第一、二x轴固定光栅质量块锚点分别位于第一、二x轴固定光栅质量块的正下方且上表面与第一、二x轴固定光栅质量块的下表面重合，第一、二y轴固定光栅质量块锚点的大小与第一、二y轴固定光栅质量块的大小保持一致，第一、二y轴固定光栅质量块锚点分别位于第一、二y轴固定光栅质量块的正下方且上表面与第一、二y轴固定光栅质量块的下表面重合，底层金属电极的大小与第二z轴金属电极的大小保持一致，底层金属电极位于第二z轴金属电极的正下方且存在一定间距，x轴驱动电极包括第一、二、三、四、五、六x轴驱动电极，第一、二、三、四、五、六x轴驱动电极分别位于第一、二、三、四、五、六x轴反馈梳齿的驱动梳齿的正下方，x轴感应电极包括第一、二、三、四、五、六x轴感应电极，第一、二、三、四、五、六x轴感应电极分别位于第一、二、三、四、五、六x轴反馈梳齿的感应梳齿的正下方，y轴驱动电极包括第一、二、三、四、五、六y轴驱动电极，第一、二、三、四、五、六y轴驱动电极分别位于第一、二、三、四、五、六y轴反馈梳齿的驱动梳齿的正下方，y轴感应电极包括第一、二、三、四、五、六y轴感应电极，第一、二、三、四、五、六y轴感应电极分别位于第一、二、三、四、五、六y轴反馈梳齿的感应梳齿的正下方；外围电极包括第一、二、三、四、五、六、七、八外围电极，外围电极位于底层玻璃基片上表面的锚点层以外区域，第一外围电极通过导线连接至第一、二、三x轴感应电极，第二外围电极通过导线连接至第一、二、三x轴驱动电极，第三外围电极通过导线连接至第四、五、六x轴感应电极，第四外围电极通过导线连接至第四、五、六x轴驱动电极，第五外围电极通过导线连接至第一、二、三y轴感应电极，第六外围电极通过导线连接至第一、二、三y轴驱动电极，第七外围电极通过导线连接至第四、五、六y轴感应电极，第八外围电极通过导线连接至第四、五、六y轴驱动电极。
13.本发明的有益效果：（1）本发明提出了一种三轴光栅加速度计，通过将微弱的加速度转化为质量块的位移，从而导致干涉光斑强度发生改变，通过静电反馈控制质量块与玻璃基片之间的距离实现闭环控制，从而提高输出线性度，改善灵敏度，增大量程，实现了对x轴、y轴、z轴三个方向上的加速度的测量，三个轴之间互不干涉、串扰极低，有效地避免了交叉耦合对三轴光栅加速度计精度带来影响，增强了稳定性；（2）本发明将x轴模块、y轴模块、z轴模块微组装在一起，形成一个三轴光栅加速度计，同时每个模块采用高度对称的结构，整体结构采用玻璃-硅-玻璃的三明治结构，结构尺寸紧凑，以形成高集成度、高检测精度的三轴光栅加速度计；（3）本发明中x、y方向加速度检测利用阵列光栅结构和水平轴加速度敏感结构实现，互相垂直布置，实现x、y轴的同时测量，两者检测原理和结构方案完全一致，加速度使得水平可动光栅与固定光栅之间产生相位差，通过测量干涉光斑的强度变化实现水平加速度测量，同时利用静电反馈梳齿结构使质量块恢复到原始位置，实现了加速度信号的闭环检测；而z轴方案则利用夫琅禾费干涉腔和垂直轴加速度敏感结构实现加速度检测，输入加速度使得光腔长度发生变化从而导致干涉光斑光强也随之变化，利用垂直方向的静电反馈结构使质量块恢复到原始位置，实现了加速度信号的闭环检测。
附图说明
14.图1为本发明的中层主体结构的俯视图；图2为本发明的整体侧向剖视图；图3为本发明的顶层结构的仰视图；图4为本发明的底层结构的俯视图。
具体实施方式
15.下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
16.如图1所示，本实施例的一种基于静电反馈结构的三轴光栅加速度计装置，包括顶层结构24、中层主体结构1和底层结构29，而顶层结构24、中层主体结构1和底层结构29，从上到下布置形成一个完整的三轴光栅加速度计结构。其中中层主体结构1包括x轴模块1-1、y轴模块1-2、z轴模块1-3、键合模块1-4和第一键合层结构23；x轴模块1-1位于中层主体结构1的左上角，y轴模块1-2位于中层主体结构1的右下角，x轴模块1-1与y轴模块1-2垂直布置，z轴模块1-3位于中层主体结构1的左下角，键合模块1-4位于中层主体结构1的右上角，第一键合层结构23的键合电极分布于各个模块的四角处；中层主体结构1为正方形，x轴模块1-1与y轴模块1-2构造完全一致，均为长方形，z轴模块1-3、键合模块1-4为正方形，x轴模块1-1的下长边与z轴模块1-3的上边长重合，y轴模块1-2的左长边与z轴模块1-3的右边长重合，键合模块1-4的左边长与x轴模块1-1的右短边重合，下边长与y轴模块1-2的上短边重合，第一键合层结构23的下表面与x轴模块1-1、y轴模块1-2、z轴模块1-3、键合模块1-4的上表面重合；x轴模块1-1用于测量x轴方向的加速度，y轴模块1-2用于测量y轴方向的加速度，z轴模块1-3用于测量z轴方向的加速度，第一键合层结构23用于与顶层结构24键合。
17.x轴模块1-1由x轴环形外框2、第一、二x轴环型外层弹性梁3-1、3-2、x轴环形连接框架4、第一、二x轴环型内层弹性梁5-1、5-2、x轴梳齿结构6、x轴可动光栅质量块7、第一、二x轴固定光栅质量块8-1、8-2构成；第一、二x轴固定光栅质量块8-1、8-2位于x轴可动光栅质量块7的内部的中心位置，并关于x轴模块1-1中心左右对称分布，第一、二x轴固定光栅质量块8-1、8-2的上表面刻出大量平行等距凹槽形成光栅部分；x轴可动光栅质量块7位于x轴模块1-1的正中心，等距分成五个部分，第二、四部分挖空，第一、三、五部分保留连接，x轴可动光栅质量块7的上表面同样刻出大量平行等距凹槽形成光栅部分；x轴梳齿结构6位于x轴可动光栅质量块7的左右两侧，x轴梳齿结构6由x轴可动光栅质量块7左方第一、二、三x轴反馈梳齿6-1、6-2、6-3，x轴可动光栅质量块7右方第四、五、六x轴反馈梳齿6-4、6-5、6-6组成，左右两侧的反馈梳齿等间距分布，反馈梳齿由一对固定梳齿和一个可动梳齿构成，固定梳齿分别对称分布于可动梳齿的上下两侧，并在梳齿间形成一定的重叠长度且相邻梳齿的间距相等，上侧为驱动梳齿，下侧为感应梳齿，可动梳齿与x轴可动光栅质量块7相连，反映x轴可动光栅质量块7的位移；x轴可动光栅质量块7通过上方第一x轴环型内层弹性梁5-1和下方第二x轴环型内层弹性梁5-2支撑于x轴环形连接框架4之上，x轴环形连接框架4内部结构作为整体，再通过上方第一x轴环型外层弹性梁3-1和下方第二x轴环型外层弹性梁3-2支撑于
x轴环形外框2之上，其中第一、二x轴环型外层弹性梁3-1、3-2略长于第一、二x轴环型内层弹性梁5-1、5-2。当经过准直后的激光光束透过顶部玻璃近似照射到光栅上时，一部分光被直接反射，并形成衍射光束1，另一部分入射光通过光栅的间隙后被反射回来，再次经过光栅后形成衍射光束2。两个衍射光束会发生干涉，产生干涉光斑，当外界有x轴加速度输入时，x轴可动光栅质量块7会受到惯性力的作用产生位移，而x轴固定光栅质量块8不发生改变，从而影响光斑强度的改变。同时通过x轴静电反馈梳齿结构实现对x轴可动光栅质量块的控制，使得x轴可动光栅质量块7始终处于平衡位置，最后实现对x轴加速度的闭环测量。
18.y轴模块1-2由y轴环形外框9、第一、二y轴环型外层弹性梁10-1、10-2、y轴环形连接框架11、第一、二y轴环型内层弹性梁12-1、12-2、y轴梳齿结构13、y轴可动光栅质量块14、第一、二y轴固定光栅质量块15-1、15-2构成；第一、二y轴固定光栅质量块15-1、15-2位于y轴可动光栅质量块14的内部中心位置，并关于y轴模块1-2中心上下对称分布，第一、二y轴固定光栅质量块15-1、15-2的上表面刻出大量平行等距凹槽形成光栅部分；y轴可动光栅质量块14位于y轴模块1-2的正中心，等距分成五个部分，第二、四部分挖空，第一、三、五部分保留连接，y轴可动光栅质量块14的上表面同样刻出大量平行等距凹槽形成光栅部分；y轴梳齿结构13位于y轴可动光栅质量块14的上下两侧，y轴梳齿结构13由y轴可动光栅质量块14上方第一、二、三y轴反馈梳齿13-1、13-2、13-3，y轴可动光栅质量块14下方第四、五、六y轴反馈梳齿13-4、13-5、13-6组成，上下两侧的反馈梳齿等间距分布，反馈梳齿由一对固定梳齿和一个可动梳齿构成，固定梳齿分别对称分布于可动梳齿的左右两侧，并在梳齿间形成一定的重叠长度且相邻梳齿的间距相等，左侧为驱动梳齿，右侧为感应梳齿，可动梳齿与y轴可动光栅质量块14相连，反映y轴可动光栅质量块14的位移；y轴可动光栅质量块14通过左方第一y轴环型内层弹性梁12-1和右方第二y轴环型内层弹性梁12-2支撑于y轴环形连接框架11之上，y轴环形连接框架11内部结构作为整体，再通过左方第一y轴环型外层弹性梁10-1和右方第二y轴环型外层弹性梁10-2支撑于y轴环形外框9之上，其中第一、二y轴环型外层弹性梁10-1、10-2略长于第一、二y轴环型内层弹性梁12-1、12-2。当经过准直后的激光光束透过顶部玻璃近似垂直照射到光栅上时，一部分光被直接反射，并形成衍射光束1，另一部分入射光通过光栅的间隙后被反射回来，再次经过光栅后形成衍射光束2。两个衍射光束会发生干涉，产生干涉光斑，当外界有y轴加速度输入时，y轴可动光栅质量块14会受到惯性力的作用产生位移，而y轴固定光栅质量块15不发生改变，从而影响光斑强度的改变。同时通过y轴静电反馈梳齿结构实现对y轴可动光栅质量块14的控制，使得y轴可动光栅质量块14始终处于平衡位置，最后实现对y轴加速度的闭环测量。
19.z轴模块1-3由z轴环形外框16、第一、二、三、四z轴u型外层弹性梁17-1、17-2、17-3、17-4、z轴环形连接框架18、第一、二、三、四z轴u型内层弹性梁19-1、19-2、19-3、19-4、z轴质量块20、第一、二z轴金属电极21-1、21-2、z轴内层反射膜22构成；z轴质量块20为正方形，位于z轴模块1-3的正中心位置，z轴内层反射膜22为正方形，边长小于z轴质量块20的边长，位于z轴质量块20上表面的中心位置，第一、二z轴金属电极21-1、21-2为环形，外围大小略小于z轴质量块20，内围大小略大于z轴内层反射膜22，第一z轴金属电极21-1位于z轴质量块20上表面的中心位置，第二z轴金属电极21-2位于z轴质量块20下表面的中心位置；第一z轴u型内层弹性梁19-1位于z轴质量块20的上方，第二z轴u型内层弹性梁19-2位于z轴质量块20的右方，第三z轴u型内层弹性梁19-3位于z轴质量块20的下方，第四z轴u型内层弹性梁
3从左至右依次为z轴环形外框16、第一z轴u型外层弹性梁17-1、z轴环形连接框架18、第一z轴u型内层弹性梁19-1、z轴质量块20、第三z轴u型内层弹性梁19-3、z轴环形连接框架18、第三z轴u型外层弹性梁17-3，z轴质量块20位于z轴模块1-3的中心位置，z轴内层反射膜22的下表面与z轴质量块20的上表面重合，并位于z轴质量块20的上表面的中心位置，第一z轴金属电极21-1的下表面与z轴质量块20的上表面重合，并位于z轴质量块20的上表面的中心位置，第二z轴金属电极21-2的上表面与z轴质量块20的下表面重合，并位于z轴质量块20的下表面的中心位置，z轴质量块20左表面与第一z轴u型内层弹性梁19-1连接，z轴质量块20右表面与第三z轴u型内层弹性梁19-3连接，z轴环形连接框架18内表面与第一、三z轴u型内层弹性梁19-1、19-3连接，z轴环形连接框架18外表面与第一、三z轴u型外层弹性梁17-1、17-3连接，z轴环形外框16内表面与第一、三z轴u型外层弹性梁17-1、17-3连接，形成环环嵌套的结构。在底层结构29中，x轴外框锚点31-1上表面与x轴环形外框2下表面重合，x轴外框锚点31-1下表面与底层玻璃基片30上表面重合，z轴外框锚点31-3上表面与z轴环形外框16下表面重合，z轴外框锚点31-3下表面与底层玻璃基片30上表面重合，底层金属电极34下表面与底层玻璃基片30上表面重合，正对于第二z轴金属电极21-2的正下方且与第二z轴金属电极21-2存在一定间距，外围电极39下表面与底层玻璃基片30上表面重合，位于底层玻璃基片30超出中层主体结构1的外围区域。
22.如图3所示，顶层结构24由顶层玻璃基片25、金属光栅26、顶层金属电极27和第二键合层结构28构成，顶层玻璃基片25为正方形，与中层主体结构1大小保持一致，金属光栅26位于z轴内层反射膜22的正上方，大小与z轴内层反射膜22大小保持一致，顶层金属电极27为环形，位于z轴质量块20的正上方，大小与第一、二z轴金属电极21-1、21-2保持一致，金属光栅26位于顶层金属电极27的内部，且两者中心重合，第二层键合层结构28包括第一、二、三、四、五、六、七、八、九顶层键合电极28-1、28-2、28-3、28-4、28-5、28-6、28-7、28-8、28-9，第一、二、三、四、五、六、七、八、九顶层键合电极28-1、28-2、28-3、28-4、28-5、28-6、28-7、28-8、28-9分别位于第一、二、三、四、五、六、七、八、九中层键合电极23-1、23-2、23-3、23-4、23-5、23-6、23-7、23-8、23-9的正上方，第一顶层键合电极28-1位于顶层玻璃基片25上表面的右上角，第三顶层键合电极28-3位于顶层玻璃基片25上表面的左上角，第七顶层键合电极28-7位于顶层玻璃基片25上表面的右下角，第九顶层键合电极28-9位于顶层玻璃基片25上表面的左下角，第四、五、六顶层键合电极28-4、28-5、28-6的中心位于x轴模块1-1与z轴模块1-3的交界线对应于顶层玻璃基片25的线上，第二、五、八顶层键合电极28-2、28-5、28-8的中心位于y轴模块1-2与z轴模块1-3的交界线对应于顶层玻璃基片25的线上，第一、四、七顶层键合电极28-1、28-4、28-7，第二、五、八顶层键合电极28-2、28-5、28-8和第三、六、九顶层键合电极28-3、28-6、28-9分别位于同一垂直线上，第一、二、三顶层键合电极28-1、28-2、28-3，第四、五、六顶层键合电极28-4、28-5、28-6和第七、八、九顶层键合电极28-7、28-8、28-9分别位于同一水平线上。
23.如图4所示，底层结构29由底层玻璃基片30、锚点层31、第一、二x轴固定光栅质量块锚点32-1、32-2、第一、二y轴固定光栅质量块锚点33-1、33-2、底层金属电极34、x轴驱动电极35、x轴感应电极36、y轴驱动电极37、y轴感应电极38、外围电极39构成，底层玻璃基片30为正方形，边长略长于顶层玻璃基片25的边长，锚点层31包括x轴外框锚点31-1、y轴外框锚点31-2、z轴外框锚点31-3、键合模块锚点31-4，锚点层31的外围大小与中层主体结构1大
小保持一致，x轴外框锚点31-1、y轴外框锚点31-2、z轴外框锚点31-3、键合模块锚点31-4的大小分别与x轴环形外框2、y轴环型外框9、z轴环形外框16、键合模块1-4的大小保持一致，x轴外框锚点31-1位于x轴环形外框2的正下方且上表面与x轴环形外框2下表面重合，y轴外框锚点31-2位于y轴环形外框9的正下方且上表面与y轴环形外框9下表面重合，z轴外框锚点31-3位于z轴环型外框16的正下方且上表面与z轴环形外框16下表面重合，键合模块锚点31-4位于键合模块1-4的正下方且上表面与键合模块1-4下表面重合，第一、二x轴固定光栅质量块锚点32-1、32-2的大小与第一、二x轴固定光栅质量块8-1、8-2的大小保持一致，第一、二x轴固定光栅质量块锚点33-1、33-2分别位于第一、二x轴固定光栅质量块8-1、8-2的正下方且上表面与第一、二x轴固定光栅质量块8-1、8-2的下表面重合，第一、二y轴固定光栅质量块锚点33-1、33-2的大小与第一、二y轴固定光栅质量块15-1、15-2的大小保持一致，第一、二y轴固定光栅质量块锚点33-1、33-2分别位于第一、二y轴固定光栅质量块15-1、15-2的正下方且上表面与第一、二y轴固定光栅质量块15-1、15-2的下表面重合，底层金属电极34的大小与第二z轴金属电极21-2的大小保持一致，底层金属电极34位于第二z轴金属电极21-2的正下方且存在一定间距，x轴驱动电极35包括第一、二、三、四、五、六x轴驱动电极35-1、35-2、35-3、35-4、35-5、35-6，第一、二、三、四、五、六x轴驱动电极35-1、35-2、35-3、35-4、35-5、35-6分别位于第一、二、三、四、五、六x轴反馈梳齿6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6的驱动梳齿的正下方，x轴感应电极36包括第一、二、三、四、五、六x轴感应电极36-1、36-2、36-3、36-4、36-5、36-6，第一、二、三、四、五、六x轴感应电极36-1、36-2、36-3、36-4、36-5、36-6分别位于第一、二、三、四、五、六x轴反馈梳齿6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6的感应梳齿的正下方，y轴驱动电极37包括第一、二、三、四、五、六y轴驱动电极37-1、37-2、37-3、37-4、37-5、37-6，第一、二、三、四、五、六y轴驱动电极37-1、37-2、37-3、37-4、37-5、37-6分别位于第一、二、三、四、五、六y轴反馈梳齿13-1、13-2、13-3、13-4、13-5、13-6的驱动梳齿的正下方，y轴感应电极38包括第一、二、三、四、五、六y轴感应电极38-1、38-2、38-3、38-4、38-5、38-6，第一、二、三、四、五、六y轴感应电极38-1、38-2、38-3、38-4、38-5、38-6分别位于第一、二、三、四、五、六y轴反馈梳齿13-1、13-2、13-3、13-4、13-5、13-6的感应梳齿的正下方；外围电极39包括第一、二、三、四、五、六、七、八外围电极39-1、39-2、39-3、39-4、39-5、39-6、39-7、39-8，外围电极39位于底层玻璃基片30上表面的锚点层31以外区域，第一外围电极39-1通过导线连接至第一、二、三x轴感应电极36-1、36-2、36-3，第二外围电极39-2通过导线连接至第一、二、三x轴驱动电极35-1、35-2、35-3，第三外围电极39-3通过导线连接至第四、五、六x轴感应电极36-4、36-5、36-6，第四外围电极39-4通过导线连接至第四、五、六x轴驱动电极35-4、35-5、35-6，第五外围电极39-5通过导线连接至第一、二、三y轴感应电极38-1、38-2、38-3，第六外围电极39-6通过导线连接至第一、二、三y轴驱动电极37-1、37-2、37-3，第七外围电极39-7通过导线连接至第四、五、六y轴感应电极38-4、38-5、38-6，第八外围电极39-8通过导线连接至第四、五、六y轴驱动电极37-4、37-5、37-6。
24.本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。