具有應(yīng)變補(bǔ)償?shù)募铀俣扔?jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本公開涉及加速度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]加速度計(jì)通過檢測或防止檢驗(yàn)質(zhì)量在慣性力下的位移而運(yùn)行。在一個示例中，加速度計(jì)可通過連接在檢驗(yàn)質(zhì)量(proof mass)與支撐底座之間的雙端音叉(DETF)的頻率變化來檢測檢驗(yàn)質(zhì)量的位移。在本示例中，DETF的尖齒可由壓電材料或硅材料構(gòu)成。DETF是諧振器，其被具體地設(shè)計(jì)成與由檢驗(yàn)質(zhì)量在加速度下施加的負(fù)荷成比例地改變頻率。DETF諧振通過將DETF連接到振蕩器的多個電極維持，其向DETF提供滿足巴克豪森穩(wěn)定性準(zhǔn)則的能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]—般地，本公開針對可使得設(shè)備能夠檢測加速度計(jì)上的應(yīng)變并補(bǔ)償加速度計(jì)上的應(yīng)變的設(shè)備、系統(tǒng)以及技術(shù)。例如，根據(jù)本公開的技術(shù)配置的加速度計(jì)可包括應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備，其可被配置成檢測和監(jiān)視加速度計(jì)的應(yīng)變。在一個示例中，可包括雙端音叉(DEIF)的應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備可隨著加速度計(jì)上的應(yīng)變改變而檢測DETF的尖齒的頻率變化，并向處理器提供關(guān)于頻率變化的數(shù)據(jù)，其使得處理器能夠針對加速度計(jì)上的變化的應(yīng)變量補(bǔ)償來自加速度計(jì)的加速度測量結(jié)果。
[0004]在某些示例中，應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備的頻率隨著加速度計(jì)的應(yīng)變(例如，張力(tens1n))增加而增加。相反地，應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備的頻率隨著加速度計(jì)的應(yīng)變(例如，壓縮)減小而減小。在某些示例中，應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備位于由加速度計(jì)定義的平面中。在某些示例中，應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備由與加速度計(jì)相同的材料制成，使得應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備與加速度計(jì)之間的膨脹系數(shù)幾乎相同。
[0005]在一個示例中，本公開針對一種設(shè)備，其包括:檢驗(yàn)質(zhì)量;支撐底座，其被配置成支撐檢驗(yàn)質(zhì)量，其中，檢驗(yàn)質(zhì)量被配置成響應(yīng)于設(shè)備的加速度而移位;彎曲部分，其被配置成將檢驗(yàn)質(zhì)量柔性地連接到支撐底座；以及應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備，其被配置成測量支撐底座上的應(yīng)變量。
[0006]在另一示例中，本公開針對一種方法，其包括:由處理器從加速度計(jì)接收加速度計(jì)上的應(yīng)變量；由處理器從加速度計(jì)接收加速度計(jì)的加速度量；由處理器至少部分地基于加速度計(jì)上的應(yīng)變量和加速度量來確定加速度計(jì)的已修改加速度值;并且由處理器輸出已修改加速度值。
[0007]在另一示例中，本公開針對一種制造加速度計(jì)的方法，該方法包括:用光致抗蝕劑來掩蔽襯底;從襯底去除材料以形成多個特征，其中，所述多個特征包括檢驗(yàn)質(zhì)量、被配置成支撐該檢驗(yàn)質(zhì)量的支撐底座、被配置成將檢驗(yàn)質(zhì)量柔性地連接到支撐底座的彎曲部分，并且其中，所述多個特征本質(zhì)上由所述材料構(gòu)成；以及形成應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備。
[0008]在附圖和以下描述中闡述了本公開的一個或多個示例的細(xì)節(jié)。根據(jù)描述和附圖以及根據(jù)權(quán)利要求，本公開的其它特征、對象以及優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0009]圖1是圖示出根據(jù)本文所描述技術(shù)的加速度計(jì)系統(tǒng)的示例的框圖。
[0010]圖2是圖示出根據(jù)本文所描述技術(shù)的包括在圍繞位于支撐底座上的DETF的一個或多個尖齒的基礎(chǔ)層上的一個或多個電極的加速度計(jì)的側(cè)視圖的框圖。
[0011 ]圖3—6是圖示出根據(jù)本文所描述的技術(shù)的應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備的示例的概念圖。
[0012]圖7A—7C是圖示出根據(jù)本文所描述技術(shù)的包括應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備的加速度計(jì)的示例性形成的框圖。
[0013]圖8是圖示出根據(jù)本文所描述技術(shù)的使用包括應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備的加速度計(jì)來補(bǔ)償應(yīng)變誤差的示例性過程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]加速度計(jì)測量加速度計(jì)本身相對于慣性參考系的加速度。具有雙端音叉(DEIF)的加速度計(jì)與(多個)壓電DETF和可移動檢驗(yàn)質(zhì)量相結(jié)合地使用電磁場來確定可移動檢驗(yàn)質(zhì)量的位移的變化。檢驗(yàn)質(zhì)量從中性位置的位移量可與入射在加速度計(jì)上的加速度的量值成比例。然而，某些加速度計(jì)的準(zhǔn)確度隨時(shí)間而漂移。這些不準(zhǔn)確性可由偏置不穩(wěn)定性引起，該偏置不穩(wěn)定性由于加速度計(jì)的物理結(jié)構(gòu)的變化所引起的設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)的變化而引起。這些變化可由于老化、應(yīng)變或應(yīng)變消除和/或時(shí)間相關(guān)熱變化而發(fā)生，并且可包括檢驗(yàn)質(zhì)量位置的變化。
[0015]在設(shè)備構(gòu)造期間由材料界面的應(yīng)力消除引起的應(yīng)變可能與加速度信號不可區(qū)別開。已構(gòu)造并建模的加速度計(jì)的持久性問題是加速度計(jì)上的應(yīng)變隨著加速度計(jì)的構(gòu)造中的應(yīng)力消除而隨時(shí)間改變。由于應(yīng)變隨時(shí)間可變，所以由性能算法隨時(shí)間推移而生成的加速度計(jì)性能的模型可能未準(zhǔn)確地表示加速度計(jì)的性能(behav1r)。為了防止應(yīng)變隨時(shí)間而變，某些示例性加速度計(jì)應(yīng)用可包含監(jiān)視溫度或具有應(yīng)變最小化機(jī)制的設(shè)備，并且該設(shè)備可被用來間接地補(bǔ)償熱應(yīng)變。然而，這些示例性加速度計(jì)應(yīng)用并不直接地測量加速度計(jì)上的應(yīng)變量;此外，該應(yīng)用未能解決在設(shè)備構(gòu)造期間由材料界面的應(yīng)力消除而引起的應(yīng)變以及隨時(shí)間推移的性能模型算法的累積不準(zhǔn)確性。
[0016]在本文中公開了可通過至少檢測應(yīng)變并基于檢測到的應(yīng)變來調(diào)整生成的加速度值而補(bǔ)償由于應(yīng)變所引起的誤差的技術(shù)和設(shè)備，該應(yīng)變諸如由老化和/或熱變化引起的應(yīng)變。例如，根據(jù)本公開的技術(shù)配置的加速度計(jì)可包括應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備，其可被配置成檢測和監(jiān)視加速度計(jì)的應(yīng)變。在某些示例中，應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備可提供信息，該信息可使得處理器能夠調(diào)整測量的加速度并補(bǔ)償加速度計(jì)的應(yīng)變(例如，增加或減小的應(yīng)變)。此類加速度計(jì)可允許更好的性能模型算法，其可使得處理器能夠更好地補(bǔ)償置于加速度計(jì)上的應(yīng)變，并提供更準(zhǔn)確的加速度測量結(jié)果。
[0017]根據(jù)本公開的技術(shù)配置的加速度計(jì)可用單一材料創(chuàng)建，其可減少時(shí)間相關(guān)熱循環(huán)和老化的影響，因?yàn)檎w式(例如，單一材料)加速度計(jì)具有一個膨脹系數(shù)。也就是說，此類加速度計(jì)與常規(guī)加速度計(jì)相比可更少地經(jīng)受偏置不穩(wěn)定性，并且可更加穩(wěn)定。此外，根據(jù)本公開的技術(shù)配置的加速度計(jì)可允許以較小的輪廓且以降低的成本來創(chuàng)建更準(zhǔn)確的加速度計(jì)，因?yàn)轱@著地減少了對防止來自構(gòu)造和附加材料的應(yīng)變的需要。
[0018]圖1是圖示出根據(jù)本文所述技術(shù)的加速度計(jì)系統(tǒng)20的示例的框圖。在圖1的示例中，加速度計(jì)系統(tǒng)20包括加速度計(jì)I和處理器18。在圖1的示例中，加速度計(jì)I包括檢驗(yàn)質(zhì)量
2、尖齒4A—4D(共同地“尖齒4”)、彎曲部分6、應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備8A和8B(共同地“應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備8”)、支撐底座10、系繩12、電極14A和14B以及諧振器16A和16B及連接38A和38B。加速度計(jì)I在圖1中僅僅出于說明的目的被示為振梁加速度計(jì)(VBA)，并且應(yīng)設(shè)想應(yīng)變監(jiān)視設(shè)備8可與任何加速度計(jì)設(shè)備一起使用，包括但不限于硅振蕩加速度計(jì)或能夠測量加速度的任何其它設(shè)備。在某些示例中，加速度計(jì)I可以是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)加速度計(jì)。
[0019]檢驗(yàn)質(zhì)量2被配置成響應(yīng)于加速度計(jì)I的加速度而移位。在某些示例中，檢驗(yàn)質(zhì)量2可由于加速度計(jì)I的加速度而繞著由支撐底座10定義的平面移動。在某些示例中，檢驗(yàn)質(zhì)量2由壓電材料制成，該壓電材料諸如石英(Si02)、塊磷鋁礦(A1P04)、磷酸鎵(GaP04)、熱鹽(thermaline)、鈦酸鋇(BaTi03)或鋯鈦酸鉛(PZT)、氧化鋅(ZnO)或氮化鋁(AlN)等。在其它示例中，檢驗(yàn)質(zhì)量2由硅制成。在某些示例中，檢驗(yàn)質(zhì)量2可由于可選系繩12而僅在由支撐底座10定義的平面中移動。
[0020]尖齒4能夠?qū)崿F(xiàn)通過由于尖齒4上的力的變化而引起的其諧振頻率的變化來檢測加速度計(jì)I中的力的量(例如，力的增加或減小)ο在某些示例中，尖齒4由壓電材料制成，該壓電材料諸如石英(Si02)、塊磷鋁礦(A1P04)、磷酸鎵(GaP04)、熱鹽(thermaline)、鈦酸鋇(BaTi03)或鋯鈦酸鉛(PZT)、氧化鋅(ZnO)或氮化鋁(AlN)等。在其它示例中，尖齒4由硅材料制成。在某些示例中，尖齒4可以是諧振器16A和16B的一部分。例如，尖齒4可以是雙端音叉(DETF)的一部分。在某些不例中，尖齒4可在被置于由相應(yīng)的振蕩器電路生成的電場中時(shí)將振動保持在諧振頻率處。在本示例中，在諧振頻率下振動的尖齒4在力(例如，壓縮或張力)被置于尖齒4上時(shí)還可具有頻率的變化。在某些示例中，尖齒4被多個電極圍繞。例如，所述多個電極可鄰近于尖齒4和/或在尖齒4下面。在這些示例中，尖齒4可與相應(yīng)的振蕩器電路相組合地在由所述