一種三軸微機(jī)械加速度計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三軸微機(jī)械加速度計(jì)，包括基板和固定安裝在基板上的加速度計(jì)主體。加速度計(jì)主體包括質(zhì)量塊、z軸檢測電極板和平面檢測單元。其中平面檢測單元由四個檢測模塊組成，且四個模塊分別沿x軸和y軸分布在質(zhì)量塊的周邊，平面檢測單元包括諧振器、杠桿梁和牽引梁。z軸檢測電極板固置在基板上對應(yīng)于質(zhì)量塊的位置。本發(fā)明三軸加速度計(jì)采用變頻率法和變電容法實(shí)現(xiàn)加速度測量，抗干擾信號能力強(qiáng)，同時布線方式簡單，信號耦合小，具有較高的信噪比。本發(fā)明三軸加速度計(jì)具有體積小、集成度高、功耗小、適合大批量生產(chǎn)和成本低等優(yōu)點(diǎn)；能實(shí)現(xiàn)良好的測量精度和靈敏度。
【專利說明】一種三軸微機(jī)械加速度計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種微機(jī)械加速度計(jì)，尤其涉及ー種單結(jié)構(gòu)三軸微機(jī)械加速度計(jì)。屬于微機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]作為ー種慣性器件，加速度計(jì)廣泛應(yīng)用于航空航天、自控和振動測試等領(lǐng)域，隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，采用MEMS技術(shù)設(shè)計(jì)和制作的微機(jī)械加速度計(jì)具有體積小、集成度高、可靠性高和成本低的優(yōu)點(diǎn)，在軍事和民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，如汽車、導(dǎo)航、生物和醫(yī)療器械領(lǐng)域。
[0003]傳統(tǒng)三軸加速度計(jì)是將三個分立單軸加速度計(jì)三軸正交組裝在一起構(gòu)成三軸測量的組合裝置，這種組合方式不利于三軸加速度計(jì)的微小化程度。專利號為200710061738的中國專利公開了ー種三軸壓阻微加速度計(jì)，該加速度計(jì)通過弾性支撐梁支撐質(zhì)量塊，通過測量質(zhì)量塊振動弓I起的壓敏電阻的變化來檢測加速度的大小。專利號為201110319018.4的中國專利在上述三軸壓阻微加速度計(jì)基礎(chǔ)上公布了一種單片集成八梁三軸加速度計(jì)，通過使測試基準(zhǔn)電阻對稱布置，減小軸間耦合并提高靈敏度。
[0004]上述專利所公布三軸加速度計(jì)均采用變電阻進(jìn)行加速度測量，在信號處理時首先需要將電阻變化信號轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號，當(dāng)加速度計(jì)尺寸進(jìn)ー步變小時，信號耦合和干擾的作用會加劇，從而不利于提高加速度計(jì)的測試精度。
[0005]本發(fā)明采用變頻率法和變電容法實(shí)現(xiàn)加速度測量，通過諧振器頻率的變化敏感平面內(nèi)方向加速度，通過平板電容器電容變化敏感垂直平面方向的加速度，抗干擾信號能力強(qiáng)，同時具有體積小、集成度高、功耗小、適合大批量生產(chǎn)和成本低等優(yōu)點(diǎn)；能實(shí)現(xiàn)良好的測量精度和靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種單結(jié)構(gòu)三軸微機(jī)械加速度計(jì)，改加速度計(jì)通過變頻率法和變電容法實(shí)現(xiàn)加速度測量，抗干擾信號能力強(qiáng)，同時具有體積小、集成度高、功耗小、適合大批量生產(chǎn)和成本低等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)良好的測量精度和靈敏度。
[0007]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種三軸微機(jī)械加速度計(jì)，包括基板和固定安裝在基板上的加速度計(jì)主體。所述加速度計(jì)主體包括質(zhì)量塊、z軸檢測電極板和平面檢測單元，其中平面檢測單元由四個檢測模塊組成，且四個模塊分別沿X軸和y軸分布在質(zhì)量塊的周邊。所述平面檢測模塊包括諧振器、杠桿梁和牽引梁，其中諧振器一端固定在基板上，另一端與杠桿梁相連；杠桿梁一端固定在基板上，另一端與牽引梁相連；牽引梁一端與杠桿梁相連，另一端與質(zhì)量塊相連。所述z軸檢測電極板固置在基板上對應(yīng)于質(zhì)量塊的位置。
[0008]在上述三軸微機(jī)械加速度計(jì)中，諧振器包括諧振器主體和固定電極，其中諧振器主體為單梁結(jié)構(gòu)或雙梁音叉結(jié)構(gòu)，固定電極固置在基板上。[0009]一種三軸微機(jī)械加速度計(jì)，包括基板和固定安裝在基板上的加速度計(jì)主體。所述加速度計(jì)主體包括質(zhì)量塊、z軸檢測電極板和平面檢測單元，其中平面檢測單元由四個檢測模塊組成，且四個模塊分別沿X軸和y軸以基板中心點(diǎn)對稱均勻分布。所述平面檢測模塊包括諧振器、杠桿梁A、杠桿梁B、牽引梁A和杠桿支撐梁，其中諧振器兩端分別與杠桿梁A和杠桿梁B相連；杠桿梁A —端固定在基板上，另一端與牽引梁A相連；杠桿梁B —端與諧振器相連，另一端與質(zhì)量塊相連，杠桿梁通過杠桿支撐梁固置在基板上；牽引梁A —端與杠桿梁A相連，另一端與質(zhì)量塊相連。所述z軸檢測電極板固置在基板上對應(yīng)于質(zhì)量塊的位置。
[0010]在上述三軸微機(jī)械加速度計(jì)中，諧振器包括諧振器主體和固定電極，其中諧振器主體為單梁結(jié)構(gòu)或雙梁音叉結(jié)構(gòu)，固定電極固置在基板上。
[0011]在上述三軸微機(jī)械加速度計(jì)中，質(zhì)量塊包括內(nèi)質(zhì)量塊、外質(zhì)量塊和外質(zhì)量塊支撐梁，其中內(nèi)質(zhì)量塊對應(yīng)基板的中心部位，外質(zhì)量塊和外質(zhì)量塊支撐梁為四個，其中兩個沿X軸以基板中心點(diǎn)對稱分布，另外兩個沿y軸以基板中心點(diǎn)對稱分布。外質(zhì)量塊支撐梁一端固定在基板上，另一端與外質(zhì)量塊相連。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下有益效果:
(1)本發(fā)明三軸陀螺儀采用變頻率法和變電容法實(shí)現(xiàn)加速度測量，測量靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)；同時布線方式簡單，信號耦合小，提高了信噪比，能實(shí)現(xiàn)較高的測量精度；
(2)本發(fā)明三軸加速度計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、集成度高，可大幅度減小加速度計(jì)體積和重量，具有廣泛的應(yīng)用前景；
(3)本發(fā)明陀螺儀制作エ藝簡單、成本低廉、具有較高性能，適合大批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1和圖5為本發(fā)明單結(jié)構(gòu)微機(jī)械三軸加速度計(jì)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2和圖6為本發(fā)明單結(jié)構(gòu)微機(jī)械三軸加速度計(jì)結(jié)構(gòu)層的示意圖。
[0015]圖3和圖7為本發(fā)明單結(jié)構(gòu)微機(jī)械三軸加速度計(jì)結(jié)構(gòu)層沿A-A剖面圖。
[0016]圖4和圖8為本發(fā)明單結(jié)構(gòu)微機(jī)械三軸加速度計(jì)基板的主視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的描述:
如圖1和圖5所示為本發(fā)明單結(jié)構(gòu)微機(jī)械三軸加速度計(jì)的立體結(jié)構(gòu)示意圖，三軸微機(jī)械加速度計(jì)包括基板I和固定安裝在基板I上的加速度計(jì)主體2。加速度計(jì)主體2包括質(zhì)量塊3、z軸檢測電極板7 (如圖4和8所示)和平面檢測單元，其中平面檢測單元由四個檢測模塊組成，四個模塊分別沿X軸和y軸分布在質(zhì)量塊3的周邊，且分別沿X軸和y軸以基板I中心點(diǎn)對稱均勻分布。
[0018]如圖2為本發(fā)明單結(jié)構(gòu)微機(jī)械三軸加速度計(jì)結(jié)構(gòu)層示意圖，由圖可知平面檢測模塊包括諧振器、杠桿梁5和牽引梁6，其中諧振器固定在基板I上，且與杠桿梁5相連；杠桿梁5 —端固定在基板上，另一端與牽引梁6相連；牽引梁6 —端與杠桿梁5相連，另一端與質(zhì)量塊3相連。
[0019]如圖6為本發(fā)明單結(jié)構(gòu)微機(jī)械三軸加速度計(jì)結(jié)構(gòu)層示意圖，由圖可知平面檢測模塊包括諧振器、杠桿梁(A)5、杠桿梁(B)10、牽引梁(A)6和杠桿支撐梁11，其中諧振器兩端分別與杠桿梁(A) 5和杠桿梁(B) 10相連；杠桿梁(A) 5 一端固定在基板上，另一端與牽引梁(A) 6相連；杠桿梁(B) 10 一端與諧振器4相連，另一端與質(zhì)量塊3相連，杠桿梁通過杠桿支撐梁11固置在基板I上；牽引梁(A)6 —端與杠桿梁(A) 5相連，另一端與質(zhì)量塊3相連。質(zhì)量塊3包括內(nèi)質(zhì)量塊3a、外質(zhì)量塊3b和外質(zhì)量塊支撐梁3c，其中內(nèi)質(zhì)量塊3a對應(yīng)基板I的中心部位，外質(zhì)量塊3b和外質(zhì)量塊支撐梁3c為四個，其中兩個沿X軸以基板I中心點(diǎn)對稱分布，另外兩個沿I軸以基板I中心點(diǎn)對稱分布。外質(zhì)量塊支撐梁3c —端固定在基板上，另一端與外質(zhì)量塊3b相連。
[0020]諧振器包括諧振器主體8和固定電極9，諧振器主體8為單梁結(jié)構(gòu)或雙梁音叉結(jié)構(gòu)，所述固定電極9固置在基板I上。
[0021]如圖4和圖8所示，在基板I上對應(yīng)于質(zhì)量塊3的位置制作金屬層，形成z軸檢測電極板7。
[0022]以上所述，僅為本發(fā)明最佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0023]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技木。
【權(quán)利要求】
1.一種三軸微機(jī)械加速度計(jì)，其特征在于:包括基板(I)和固定安裝在基板(I)上的加速度計(jì)主體(2);所述加速度計(jì)主體(2)包括質(zhì)量塊(3)、z軸檢測電極板(7)和平面檢測單元，其中平面檢測單元由四個檢測模塊組成，四個模塊分別沿X軸和y軸分布在質(zhì)量塊(3)的周邊，且分別沿X軸和y軸以基板(I)中心點(diǎn)對稱均勻分布；所述平面檢測模塊包括諧振器、杠桿梁(5)和牽引梁(6)，其中諧振器固定在基板(I)上，且與杠桿梁(5)相連，杠桿梁(5)—端固定在基板上,另一端與牽引梁(6)相連,牽引梁(6) —端與杠桿梁(5)相連,另ー端與質(zhì)量塊(3)相連；所述z軸檢測電極板(7)固置在基板(I)上對應(yīng)于質(zhì)量塊(3)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種三軸微機(jī)械加速度計(jì)，其特征在于:所述諧振器包括諧振器主體(8)和固定電極(9)，所述諧振器主體(8)為單梁結(jié)構(gòu)或雙梁音叉結(jié)構(gòu)，所述固定電極(9)固置在基板(I)上。
3.—種三軸微機(jī)械加速度計(jì)，其特征在于:包括基板(I)和固定安裝在基板(I)上的加速度計(jì)主體(2);所述加速度計(jì)主體(2)包括質(zhì)量塊(3)、z軸檢測電極板(7)和平面檢測單元，其中平面檢測單元由四個檢測模塊組成，四個模塊分別沿X軸和y軸分布在質(zhì)量塊(3)的周邊，且四個模塊分別沿X軸和y軸以基板(I)中心點(diǎn)對稱均勻分布；所述平面檢測模塊包括諧振器、杠桿梁A (5)、杠桿梁B (10)、牽引梁A (6)和杠桿支撐梁(11)，其中諧振器兩端分別與杠桿梁A (5)和杠桿梁B (11)相連，杠桿梁A (5)—端固定在基板上，另一端與牽引梁A (6)相連，牽引梁A (6)—端與杠桿梁A (5)相連，另一端與質(zhì)量塊(3)相連，杠桿梁B(IO) —端與諧振器相連，另一端與質(zhì)量塊(3)相連，杠桿支撐梁(11) 一端與杠桿梁B (10)相連，另一端固置在基板(I)上；所述z軸檢測電極板(7)固置在基板(I)上對應(yīng)于質(zhì)量塊(3)的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種三軸微機(jī)械加速度計(jì)，其特征在于:所述諧振器包括諧振器主體(8)和固定電極(9)，所述諧振器主體(8)為單梁結(jié)構(gòu)或雙梁音叉結(jié)構(gòu)，所述固定電極(9)固置在基板(I)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種三軸微機(jī)械加速度計(jì)，其特征在于:所述質(zhì)量塊(3)包括內(nèi)質(zhì)量塊(3a)、外質(zhì)量塊(3b)和外質(zhì)量塊支撐梁(3c)，其中內(nèi)質(zhì)量塊(3a)對應(yīng)基板(I)的中心部位，外質(zhì)量塊(3b)和外質(zhì)量塊支撐梁(3c)為四個，其中兩個沿X軸以基板(I)中心點(diǎn)對稱分布，另外兩個沿I軸以基板(I)中心點(diǎn)對稱分布；所述外質(zhì)量塊支撐梁(3c) —端固定在基板上，另一端與外質(zhì)量塊(3b)相連。
【文檔編號】G01P15/18GK103454449SQ201310417957
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月15日
【發(fā)明者】滕金燕 申請人:滕金燕