專利名稱：測(cè)量平面內(nèi)多軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)平面運(yùn)動(dòng)的感知測(cè)量技術(shù)，具體的涉及一種可以測(cè)量多軸運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)
的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
電容式加速計(jì)是一種用來(lái)測(cè)量微運(yùn)動(dòng)的常用工具，其工作原理是利用微電機(jī)(Mic ro-Electro-Mechanical-System :MEMS)技術(shù)在硅基上加工出電容的敏剛探測(cè)電路，結(jié)合特 殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其電容受力可變，當(dāng)外部運(yùn)動(dòng)量對(duì)其作用時(shí)，通過(guò)測(cè)量對(duì)應(yīng)的電容的改變 大小，換算成運(yùn)動(dòng)量的改變，繼而達(dá)到測(cè)量的目的。 如圖1是一種現(xiàn)有的懸浮式電容加速計(jì)，其包含一可動(dòng)選附件11與一固定懸浮件 12，以及外圍的電容感測(cè)電路(圖中未示出)，其可動(dòng)懸浮件包含多個(gè)電極lll，其固定懸浮 件包含多個(gè)電極121，電極111與電極121之間形成一個(gè)電容103。當(dāng)電容加速計(jì)發(fā)生如圖 示x軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，其可動(dòng)懸浮件11受力運(yùn)動(dòng)，使電極111與電極121之間的距離發(fā)生改變， 因而電容103發(fā)生改變，由外部電路測(cè)量出該電容103的變化值，通過(guò)一定的換算關(guān)系，轉(zhuǎn) 化成運(yùn)動(dòng)量的改變數(shù)值。 上述電容式加速計(jì)，對(duì)于單軸線性運(yùn)動(dòng)的測(cè)量具有精度高，響應(yīng)快等特點(diǎn)，然則實(shí) 際運(yùn)動(dòng)總是伴有多軸線性運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)于此類運(yùn)動(dòng)，該加速計(jì)就無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，因而需要 一個(gè)能夠測(cè)量多軸運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的新型加速計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上訴問(wèn)題，本發(fā)明提供一種新型多軸電容加速計(jì)，該加速計(jì)可以同時(shí)測(cè)量平 面內(nèi)多軸線性加速運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。 對(duì)于一利用電容訊號(hào)作為量測(cè)依據(jù)的裝置，可利用兩電極間距離、電極面積與電 極間介電材料性質(zhì)等變數(shù)，作為量測(cè)訊號(hào)變化的依據(jù)。如圖2. l所示的裝置，可動(dòng)電極201、 202分別沿x軸和y軸方向設(shè)置并交叉，固定電極221 、222分別平行于電極201 、202并與之 保持一定間距，因而可在電極201和221之間形成電容251，在電極202和222之間形成電 容252 ;若可動(dòng)電極201 、202具有x軸方向、y軸方向以及x_y平面軸旋轉(zhuǎn)三個(gè)自由度，則當(dāng) 運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生時(shí)，即可測(cè)量電容變化 I.如圖2. 2所示，當(dāng)x軸正向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生時(shí)，電極202和電極222的間距增加，電極 201和電極221的重疊面積減少，造成電容251,252分別減?。?II.如圖2. 3所示，當(dāng)y軸正向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生時(shí)，電極201和電極221的間距增力口，電極 202和電極222的重疊面積減少，造成電容251,252分別減少； III.如圖2.4所示，當(dāng)x-y平面軸順時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，電極201和電極221之間的 距離減少且重疊面積增加，電極202和電極222之間的距離增加且重疊面積減少，造成電容 251增加，電容252減少。 利用上述性質(zhì)，即可利用兩組電容的電容值變化，來(lái)達(dá)到同時(shí)測(cè)多軸運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。


下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述 圖1為現(xiàn)有電容式加速計(jì)俯視圖； 圖2. 1 2.4為本發(fā)明工作原理圖； 圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例示意圖； 圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例示意圖； 圖5為本發(fā)明第三實(shí)施例示意圖； 圖6為本發(fā)明第四實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖3所示為第一實(shí)施例的俯視示意圖。此測(cè)量多軸運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置具有一可動(dòng) 懸浮件303，該可動(dòng)懸浮件303具有雙軸交叉結(jié)構(gòu)，并通過(guò)斜向支撐元件304懸浮于一基材 301上，該基材301具有一中空區(qū)域302，該中空區(qū)域302大小以能容置可動(dòng)懸浮件303即 可；利用半導(dǎo)體制程，在可動(dòng)懸浮件303雙軸臂的部分區(qū)域形成電極311 314，并另與基 材中空區(qū)域302的交叉界邊上形成電極321 324，電極311與電極321形成電容331，電 極312與電極322形成電容332，電極313與電極323形成電容333，電極314與電極324 形成電容334。另該可動(dòng)懸浮件303可籍由斜向支撐件304在x-y平明移動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)正向x軸線性運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，電容331和電容332分別因電極重疊面積減少與電 極間距增加而減少電容值；而電容333與電容334則因電極重疊面積增加與電極間距減少 而增加電容值。再當(dāng)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，則全部四組電容皆因電極彼此遠(yuǎn)離，而造成電 容值下降。如此即可利用不實(shí)施例作為一能夠進(jìn)行多軸檢測(cè)的電容式加速計(jì)。
圖4所示為第二實(shí)施例的俯視示意圖。將原先懸浮件303中的電極區(qū)域移除，并 將其四個(gè)軸臂由原來(lái)的矩形結(jié)構(gòu)改成梯形結(jié)構(gòu)；而基材中空區(qū)域302增加四組電極411 418。當(dāng)外界運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸浮件303的位置變化，會(huì)造成電容器的兩組電極內(nèi)介電材質(zhì)發(fā)生改 變，從而產(chǎn)生電容值的改變。例如當(dāng)產(chǎn)生x軸正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)電極411和電極412所夾電容， 以及電極415和電極416所夾電容而言，其電容值會(huì)分別減少與增加。而其余運(yùn)動(dòng)所造成 的電容變化，因原理類似故在此不再贅述。 利用本實(shí)施例，因電容器的電極都安置在基材上，故可有效簡(jiǎn)化量測(cè)電路的設(shè)計(jì) 工作，進(jìn)而提供制作過(guò)程之可靠度與良率。 圖5是第三個(gè)實(shí)施例的俯視示意圖。該結(jié)構(gòu)是將第一實(shí)施例與第二實(shí)施例結(jié)合起 來(lái)，即在懸浮件303的一對(duì)相鄰軸臂上形成電極，而將另一對(duì)軸臂做成矩形結(jié)構(gòu)，并在基材 中空區(qū)域302上，對(duì)應(yīng)懸浮件303的軸臂結(jié)構(gòu)形成相應(yīng)電極。 圖6所示的是本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例。該實(shí)施例提供一具有多個(gè)運(yùn)動(dòng)測(cè)量單元 603的電容式加速計(jì)，而前面實(shí)施例中所提及的電極布局、浮動(dòng)件結(jié)構(gòu)以及對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)量 測(cè)，都能應(yīng)用于本實(shí)施例中。 本發(fā)明所提出的測(cè)量多軸運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，可提供包括線性運(yùn)動(dòng)、角度轉(zhuǎn)動(dòng)的 多軸運(yùn)動(dòng)測(cè)量效果；本發(fā)明的較佳實(shí)施例揭露如上，但是并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明精神和范圍內(nèi)，都可做些許更動(dòng)和潤(rùn)飾，因此本發(fā)明所保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以申請(qǐng)權(quán)利要求范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種測(cè)量平面內(nèi)多軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的方法，其特征在于該方法包括采用一固定件，一懸浮件，在固定件或者懸浮件上設(shè)置多組相對(duì)電極以形成多個(gè)電容，利用懸浮件在一平面內(nèi)做多軸移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，改變上述電容值，再利用該些電容的變化，測(cè)算出該外部運(yùn)動(dòng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的測(cè)量平面內(nèi)多軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的方法，其特征在于所述的電容 變化是通過(guò)改變電容的兩電極間距引起的。
3. 如權(quán)利要求1所述的測(cè)量平面內(nèi)多軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的方法，其特征在于所述的電容 變化是通過(guò)改變電容的兩電極重疊面積引起的。
4. 如權(quán)利要求1所述的測(cè)量平面內(nèi)多軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的方法，其特征在于所述的電容 變化是通過(guò)改變電容的兩電極間介電材質(zhì)引起的。
5. —種測(cè)量平面內(nèi)多軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，其特征在于該裝置包括一固定件， 一懸浮件，多個(gè)電極以及支撐元件，該多個(gè)電極分布在固定件 或者懸浮件上，以組成多個(gè)電容；該固定件包括一十字中空區(qū)域，該懸浮件為雙軸交叉結(jié) 構(gòu)，包括多個(gè)交叉軸臂，并通過(guò)該支撐元件懸浮于該固定件上。
6. 如權(quán)利要求5所述的測(cè)量平面內(nèi)多軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，其特征在于所述多個(gè)電 極分布在懸浮件的多個(gè)交叉軸臂和固定件十字中空區(qū)域的多條界邊上。
7. 如權(quán)利要求5所述的測(cè)量平面內(nèi)多軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，其特征在于所述多個(gè)電 極分布在固定件十字中空區(qū)域的多條界邊上，所述懸浮件的多個(gè)交叉軸臂為梯形結(jié)構(gòu)。
8. 如權(quán)利要求5所述的測(cè)量平面內(nèi)多軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，其特征在于所述多個(gè)電 極分布在懸浮件的一對(duì)相鄰交叉軸臂和固定件十字中空區(qū)域的多條界邊上，所述懸浮件的 另一對(duì)相鄰交叉臂為梯形結(jié)構(gòu)。
9. 如權(quán)利要求5所述的測(cè)量平面內(nèi)多軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，其特征在于該上述懸浮 件由多個(gè)雙軸交叉結(jié)構(gòu)串聯(lián)組成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測(cè)量平面內(nèi)多軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的方法和裝置。該方法包括一基材，一懸浮件以及若干斜向支撐件。該基材具有一十字中空區(qū)域，該懸浮件通過(guò)斜向支撐元件懸浮于該十字區(qū)域上，并可在x-y平面做移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。利用MEMS技術(shù)在該基材和懸浮件之間形成若干電容，當(dāng)懸浮件在x-y平面內(nèi)做運(yùn)動(dòng)時(shí)，可改變?cè)撔╇娙莸碾娙葜?，從而達(dá)到測(cè)量的目的。
文檔編號(hào)G01P15/125GK101762722SQ20081018128
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者周忠誠(chéng), 王威 申請(qǐng)人:蘇州佳世達(dá)電通有限公司