一種加速度計(jì)中的z軸結(jié)構(gòu)及三軸加速度計(jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于微機(jī)電(MEMS)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說，涉及一種加速度計(jì)中的Z軸結(jié)構(gòu)；本實(shí)用新型還涉及一種三軸加速度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電加速度計(jì)是基于MEMS技術(shù)的慣性器件，用于測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的線運(yùn)動(dòng)加速度。它具有體積小、可靠性高、成本低廉、適合大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，因此具有廣闊的市場(chǎng)前景，其應(yīng)用領(lǐng)域包括消費(fèi)電子、航空航天、汽車、醫(yī)療設(shè)備和武器等等。
[0003]目前三軸加速度計(jì)通常有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是拼湊的方法，將三個(gè)單軸結(jié)構(gòu)或者一個(gè)雙軸和一個(gè)單軸兩個(gè)結(jié)構(gòu)組合在一起實(shí)現(xiàn)三個(gè)軸向加速度的測(cè)量。第二種是采用單結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)三軸加速度的測(cè)量。在單結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案中一般通過偏心結(jié)構(gòu)測(cè)量z軸加速度，在此種方案中除了 Z軸檢測(cè)運(yùn)動(dòng)利用了結(jié)構(gòu)的偏心特征，在平面內(nèi)某一軸(如X軸或y軸)的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)也會(huì)受到結(jié)構(gòu)偏心特征的影響，因而其運(yùn)動(dòng)實(shí)際為擺動(dòng)而不是線運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)方式一方面會(huì)加劇軸間耦合，另一方面會(huì)減小電容變化量，從而大大降低了檢測(cè)的精度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種加速度計(jì)中的Z軸結(jié)構(gòu)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種加速度計(jì)中的Z軸結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的慣性測(cè)量模塊，每個(gè)慣性測(cè)量模塊包括:
[0006]基板，以及位于基板上作為下電極的第一極片，
[0007]懸空在基板上方的質(zhì)量塊；所述質(zhì)量塊上設(shè)有與第一極片組成Z軸檢測(cè)電容的上電極；
[0008]用于連接基板和質(zhì)量塊的彈性十字梁，所述彈性十字梁包括位于X軸方向上的第一彈性梁以及位于Y軸方向上的第二彈性梁，其中，第二彈性梁的兩端連接在基板的錨點(diǎn)上，第一彈性梁的兩端連接質(zhì)量塊，或者是第一彈性梁的兩端連接在基板的錨點(diǎn)上，第二彈性梁的兩端連接質(zhì)量塊；所述第一彈性梁偏離質(zhì)量塊X軸方向的中線；
[0009]還包括將兩個(gè)慣性測(cè)量模塊中質(zhì)量塊的兩側(cè)分別連接起來的連接梁；所述連接梁包括位于X軸方向上的橫梁，還包括位于Y軸方向上、一端與橫梁連接一端與質(zhì)量塊側(cè)壁連接的縱梁；還設(shè)置有連接兩條橫梁的加強(qiáng)梁，其中，兩個(gè)慣性測(cè)量模塊中的第二彈性梁相對(duì)于加強(qiáng)梁對(duì)稱分布。
[0010]優(yōu)選的是，所述縱梁為彈性梁。
[0011]優(yōu)選的是，所述質(zhì)量塊設(shè)置有通孔，所述第一彈性梁連接在通孔的側(cè)壁上。
[0012]優(yōu)選的是，所述第二彈性梁位于質(zhì)量塊Y軸方向的中線上。
[0013]優(yōu)選的是，所述第一極片的數(shù)量有兩個(gè)，對(duì)稱分布在第一彈性梁的兩側(cè)。
[0014]優(yōu)選的是，所述加強(qiáng)梁設(shè)置有兩個(gè)，兩個(gè)加強(qiáng)梁平行設(shè)置，與橫梁圍成一矩形框。
[0015]優(yōu)選的是，還包括分別連接矩形框?qū)堑膬蓚€(gè)斜梁。
[0016]本實(shí)用新型還提供了一種三軸加速度計(jì)，包括上述的Z軸結(jié)構(gòu)；其中，所述質(zhì)量塊在Y軸、X軸方向上還設(shè)置有第一可動(dòng)電極、第二可動(dòng)電極；所述基板上設(shè)置有用于與第一可動(dòng)電極、第二可動(dòng)電極分別組成Y軸檢測(cè)電容、X軸檢測(cè)電容的第一固定電極、第二固定電極。
[0017]優(yōu)選的是，所述第一可動(dòng)電極和/或第二可動(dòng)電極分別設(shè)置有兩個(gè)，分別位于質(zhì)量塊相對(duì)的兩側(cè)。
[0018]優(yōu)選的是，第一可動(dòng)電極與第一固定電極之間和/或第二可動(dòng)電極與第二固定電極之間構(gòu)成梳齒電容結(jié)構(gòu)。
[0019]本實(shí)用新型的加速度計(jì)，平面內(nèi)的某一軸(X軸、Y軸)的運(yùn)動(dòng)不會(huì)受到結(jié)構(gòu)偏心特性的影響，使得X軸、Y軸的運(yùn)動(dòng)均是線運(yùn)動(dòng)，從而不會(huì)加劇軸間的耦合；另一方面也不會(huì)降低在質(zhì)量塊在X軸、Y軸上的位移量，從而提高了電容檢測(cè)的精度。
【附圖說明】
[0020]圖1示出了本實(shí)用新型三軸加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2示出了圖1中連接梁的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3示出了本實(shí)用新型三軸加速度計(jì)另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題、采用的技術(shù)方案、取得的技術(shù)效果易于理解，下面結(jié)合具體的附圖，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0024]參考圖1，本實(shí)用新型提供了一種加速度計(jì)中的Z軸結(jié)構(gòu)，其包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的慣性測(cè)量模塊，每個(gè)慣性測(cè)量模塊包括基板(視圖未給出)，在該基板上可以布圖慣性測(cè)量模塊的電路等部件。該基板上設(shè)置有作為下電極的第一極片4 (視圖中以虛線表示)。
[0025]還包括位于基板上方的質(zhì)量塊1，以及將該質(zhì)量塊I支撐在基板上方的支撐系統(tǒng)5。該支撐系統(tǒng)5為一彈性十字梁，其包括第一彈性梁12以及第二彈性梁11，該第一彈性梁12和第二彈性梁11十字交叉固定在一起，優(yōu)選的是，固定連接點(diǎn)位于兩條彈性梁的中部，其中，所述第一彈性梁12位于X軸方向上，所述第二彈性梁11位于Y軸方向上。其中，第二彈性梁11的兩端連接在基板的錨點(diǎn)6上，而第一彈性梁12的兩端連接質(zhì)量塊I。通過第一彈性梁12、第二彈性梁11、錨點(diǎn)6將質(zhì)量塊I支撐在基板的上方，使得質(zhì)量塊I處于懸空的狀態(tài)。在本實(shí)用新型一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述質(zhì)量塊I上設(shè)置有通孔，所述第一彈性梁12的兩端連接在通孔的內(nèi)壁上。在本實(shí)用新型的另一實(shí)施例中，第一彈性梁12的兩端連接在基板的錨點(diǎn)6上，第二彈性梁11的兩端連接質(zhì)量塊1，參考圖3。
[0026]在此需要提醒注意的時(shí)，本實(shí)用新型只是為了便于描述第一彈性梁12和第二彈性梁11之間的關(guān)系，將第一彈性梁12定為X軸方向，將第二彈性梁11定為Y軸方向，當(dāng)然，也可以將第一彈性梁12定為Y軸方向，第二彈性梁11定為X軸方向，二者之間是相對(duì)的。
[0027]本實(shí)用新型的Z軸結(jié)構(gòu)，所述第一彈性梁12偏離質(zhì)量塊X軸方向的中線；使得該慣性測(cè)量模塊在受到Z軸方向的外力時(shí)，可以相對(duì)于第一彈性梁12發(fā)生偏轉(zhuǎn)。以圖1的視圖方向?yàn)閰⒖?，也就是說該第一彈性梁12至質(zhì)量塊I上端的距離與其至質(zhì)量塊I下端的距離不相等。例如，第一彈性梁12偏離至質(zhì)量塊X軸方向中線的上方，當(dāng)質(zhì)量塊I遇到Z軸方向的外力時(shí)，由于質(zhì)量塊I與第一彈性梁12之間的偏心設(shè)置，使得質(zhì)量塊I可以相對(duì)于第一彈性梁12發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0028]所述質(zhì)量塊I上還設(shè)有與第一極片4組成Z軸檢測(cè)電容的上電極(視圖未給出)，在本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該質(zhì)量塊I本身就是Z軸檢測(cè)電容的上電極，此時(shí)，質(zhì)量塊I可作為電容的接地極片使用。
[0029]第一極片4優(yōu)選設(shè)置兩個(gè)，分布在第二彈性梁11端頭的兩側(cè)。當(dāng)Z軸方向有加速度時(shí)，質(zhì)量塊I相對(duì)于第一彈性梁12發(fā)生偏轉(zhuǎn)，也就是說，質(zhì)量塊I繞著第一彈性梁12轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變質(zhì)量塊I與第一極片4之間的距離，實(shí)現(xiàn)Z軸檢測(cè)電容的變化。質(zhì)量塊I與其中一個(gè)第一極片4之間的距離變大，與另一個(gè)第一極片4之間的距離變小，使得兩個(gè)第一極片4與質(zhì)量塊之間可以構(gòu)成差分電容結(jié)構(gòu)，以提高Z軸加速度檢測(cè)的精度。
[0030]本實(shí)用新型的Z軸結(jié)構(gòu)，還包括將兩個(gè)慣性測(cè)量模塊中質(zhì)量塊I的兩側(cè)分別連接起來的連接梁；所述連接梁包括位于X軸方向上的橫梁7，以及位于Y軸方向上、一端與橫梁7連接一端與質(zhì)量塊I側(cè)壁連接的縱梁8 ;為了降低縱梁8對(duì)質(zhì)量塊沿Z軸方向翻轉(zhuǎn)的影響，所述縱梁8可以采用彈性梁。
[0031]參考圖1，位于上方的橫梁7、縱梁8將兩個(gè)質(zhì)量塊I的上端側(cè)壁連接在一起；位于下方的橫梁7、縱梁8將兩個(gè)質(zhì)量塊I的下端側(cè)壁連接在一起；在兩條橫梁7之間還設(shè)置有加強(qiáng)梁130，通過該加強(qiáng)梁130將兩條橫梁7連接在一起，加強(qiáng)梁在兩條橫梁7上的位置，使得兩個(gè)慣性測(cè)量模塊中的第二彈性梁11相對(duì)于該加強(qiáng)梁130對(duì)稱分布。此