專利名稱：微加速度與微角速率單片集成傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種微加速度與微角速率單片集成傳感器。
背景技術：
飛行器制導與控制、工業(yè)控制、汽車安全與導航、機器人、手機、醫(yī)療儀 器及虛擬游戲機等領域均需要由微加速度傳感器和微角速率傳感器構成的集成 系統(tǒng)來確定載體的速度、加速度、姿態(tài)及角速度等信息。近年來，利用微機械 加工技術研制的微加速度傳感器和微角速率傳感器具有體積小、靈敏度高、成
本低等優(yōu)點，給系統(tǒng)的設計帶來極大的方便，而且需求量也越來越大。目前， 國內外許多研究機構紛紛開展了微加速度傳感器和微角速率傳感器的集成化研 究，但是大多數(shù)器件都采用組裝的方式實現(xiàn)集成，這就帶來了安裝誤差和質心 位置誤差，致使器件性能受到很大影響。
傳統(tǒng)的微機械微加速度傳感器和角速率傳感器大多采用活動質量塊和懸掛 質量來檢測加速度或角速度，因此抗沖擊能力差、可靠性低。傳統(tǒng)微機械加速 度傳感器和角速率傳感器很難集成在一起，目前微機械加速度傳感器和角速率 傳感器的組合多采用單獨加工后兩種器件裝配的方式，因此存在質心誤差和安 裝誤差，嚴重影響測量精度。傳統(tǒng)微機械加速度傳感器和角速率傳感器采用不 同的感知元件，增加了結構復雜性，加工難度也比單個元件的大。
實用新型內容
本實用新型需要解決的技術問題是提供一種采用氣體作為感知元件，體積 小、重量輕、功耗低、成本低，能夠同時測量加速度和角速度的微加速度與微 角速率單片集成傳感器。
為解決上述問題，本實用新型所采取的技術方案是 一種微加速度與微角 速率單片集成傳感器，包括密封外殼和位于外殼內部的傳感器感應芯，該感應 芯為中間具有空腔的框形上下層結構，在空腔中設有與框架連接的加熱器和溫度傳感器，加熱器和下層溫度傳感器位于下層，構成微加速度傳感器結構，上 層溫度傳感器位于上層，構成微角速率傳感器結構。
本實用新型的改進在于下層溫度傳感器數(shù)量為偶數(shù)，并且對稱分布在加
熱器兩側的同一平面或不同平面內，其優(yōu)選方案溫度傳感器數(shù)量為四個或八個。
本實用新型的進一步改進在于上層溫度傳感器數(shù)量為偶數(shù)，對稱分布在 加熱器上方的兩側同一平面或不同平面內，其優(yōu)選方案溫度傳感器數(shù)量為四個。
采用上述技術方案所產生的有益效果在于本實用新型采用氣體作為感知 元件代替固體活動質量塊，不存在可動結構，大大提高了器件抗沖擊能力；加 速度傳感器和角速率傳感器集成在同一個結構內，不存在質心誤差和安裝誤差； 采用密閉腔體內的氣體作為共同感知元件，結構筒單，易于加工；下層傳感器 對稱布置在加熱器兩側，測量更加精確；具有體積小、重量輕、功耗低、成本 低，測量精度高，結構簡單，易于加工的特點。

圖l是本實用新型結構示意圖2是本實用新型內部感應芯的結構示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細描述
本實用新型采用密閉腔體內的氣體(如氬氣、氮氣、二氧化碳等)作為感 知元件，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的活動質量塊，同時將微加速度傳感器和微角速率集成在單 個器件內，采用沉積、光刻等微機械加工工藝制作，以克服傳統(tǒng)組裝方式生產 的微加速度傳感器和微角速率傳感器裝配帶來的安裝誤差和質心誤差。
本實用新型傳感器感應芯包括上層的微角速率傳感器和下層的微加速度傳 感器，感應芯為中間具有空腔的框架形的上下層結構，在空腔中設有與框架連 接的加熱器和溫度傳感器，由于加速度測量利用的是氣體在加速度作用下產生 的溫度場的變化，當沒有加速度作用時，腔體內的氣體受熱在重力場下作自然 對流，其溫度梯度在加熱器兩側完全對稱，加熱器和下層溫度傳感器位于下層，溫度傳感器數(shù)量為偶數(shù)，均勻對稱分布在加熱器的兩側，且與加熱器位于同一 平面內，構成微加速度傳感器結構，其優(yōu)選的實施方案為四個溫度傳感器，由 于角速率測量利用的是加熱氣體在重力場作用下發(fā)生對流產生的速度，當沒有 角速度作用時，加熱器兩側氣體流速相等，方向相反，對流場分布完全對稱， 上層溫度傳感器數(shù)量為偶數(shù)，對稱分布在加熱器上方的兩側同一平面內，其優(yōu) 選方案溫度傳感器數(shù)量為四個，分別位于加熱器的周邊四角的位置上，構成微 角速率傳感器結構。
作為本實用新型的一個具體實施例，其結如圖1、 2所示，由密封外殼2和 位于密封外殼2內的感應芯組成，其中感應芯是具有空腔的上下層框架結構， 上下層傳感器l、 3和加熱器4位于空腔內并和框架連接，該感應芯上層框架5 和下層框架6的結構均采用硅襯底(或者玻璃、石英、陶資、砷化鎵等)，通過 沉積、刻蝕等微機械加工工藝制成，上下層框架通過鍵合工藝(如金硅鍵合工 藝)制作在一起，下層溫度傳感器3為四個，均勻對稱分布在加熱器4的兩側 同一平面內，構成檢測電路，該平面位于下層框架6的頂面，上層溫度傳感器l 為四個，構成4全測電路，位于加熱器4上方的同一平面內，并且溫度傳感器分 別位于加熱器4在該平面投影的周邊四角上，有利于提高測量精度和靈敏度。
權利要求1、一種微加速度與微角速率單片集成傳感器，其特征在于包括密封外殼和位于外殼內部的傳感器感應芯，該感應芯為中間具有空腔的框形上下層結構，在空腔中設有與框架連接的加熱器和溫度傳感器，加熱器和下層溫度傳感器位于下層，構成微加速度傳感器結構，上層溫度傳感器位于上層，構成微角速率傳感器結構。
2、 根據權利要求l所述的微加速度與微角速率單片集成傳感器，其特征在 于所述下層溫度傳感器數(shù)量為偶數(shù)，并且對稱分布在加熱器兩側的同一平面或 不同平面內。
3、 根據權利要求l所述的微加速度與微角速率單片集成傳感器，其特征在 于所述上層溫度傳感器數(shù)量為偶數(shù)，對稱分布在加熱器上方的兩側同一平面或 不同平面內。
4、 根據權利要求1或2所述的微加速度與微角速率單片集成傳感器，其特 征在于所述下層溫度傳感器數(shù)量為四個或八個。
5、 根據權利要求l或3所述的微加速度與微角速率單片集成傳感器，其特 征在于所述上層溫度傳感器數(shù)量為四個。
專利摘要本實用新型公開了一種微加速度與微角速率單片集成傳感器，包括密封外殼和位于外殼內部的傳感器感應芯，該感應芯為中間具有空腔的框形上下層結構，在空腔中設有與框架連接的加熱器和溫度傳感器，加熱器和下層溫度傳感器位于下層，構成微加速度傳感器結構，上層溫度傳感器位于上層，構成微角速率傳感器結構。本實用新型采用氣體作為感知元件代替固體活動質量塊，不存在可動結構，大大提高了器件抗沖擊能力，結構簡單，易于加工；加速度傳感器和角速率傳感器集成在同一個結構內，不存在質心誤差和安裝誤差；下層傳感器對稱布置在加熱器兩側或四周，測量更加精確。
文檔編號G01P3/26GK201373883SQ20092010194
公開日2009年12月30日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權日2009年3月19日
發(fā)明者呂樹海, 張旭輝, 徐淑靜, 徐愛東, 楊擁軍 申請人:中國電子科技集團公司第十三研究所