[發明專利]一種高靈敏度雙軸硅微諧振式加速度計

無效

• 申請號: 201110379307.3
• 申請日: 2011-11-24
• 公開（公告）號: CN102495236A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 樊尚春;孫苗苗;李成;李慶豐
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01P15/18
• 分類號: G01P15/18
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明屬于微機電系統技術領域，涉及一種高靈敏度雙軸硅微諧振式加速度計，它作為微慣性器件廣泛應用于汽車工業、航空航天、地震監測等領域。

背景技術

微機械加速度計是微機電系統中最為成功的器件之一，在民用與軍事領域有廣泛的應用前景，孕育著巨大的社會效益和經濟效益。微機械加速度計研究的相關報道最早出現于20世紀70年代初，80年代單軸微機械加速度計產品面市，90年代末出現了多軸微機械加速度計，美國AD公司的ADXL系列微機械加速度計是最具代表性的產品之一。

加速度計根據所采用的敏感機理分為壓阻式、壓電式、電容式、力平衡式、熱對流式、隧道電流式和諧振式等多種形式。其中諧振式加速度計通過測量諧振敏感元件固有振動頻率的變化敏感被測加速度，其輸出為頻率信號，這種準數字信號具有很強的抗干擾能力，且加速度計輸出無需A/D轉換即可與數字處理器相連。采用微機械加工工藝制作的硅微諧振式加速度計除繼承上述諧振式測量原理的優良特性外，還兼具硅微傳感器體積小、重量輕、功耗低等優點，成為加速度計的重要發展方向。

實際應用中常需要雙軸加速度計來測量加速度矢量，然而商品化的硅微諧振式加速度計大多為單軸加速度計，雙軸諧振式硅微加速度計的研究非常少。

1999年，日本立命館大學的Osamu?Tabat在期刊Sensors?and?Actuators?A上發表的文章Two-axis?detection?resonant?accelerometer?based?on?rigidity?change提出基于靜電調節效應的雙軸諧振式微加速度計實現方案，可以測量面內兩正交方向的加速度，但是該結構對加工工藝要求較高，實現較為困難，并且該加速度計結構直接將諧振器與菱形質量塊相連，沒有剛度解耦結構，交叉靈敏度較大。

2005年，韓國漢城國立大學的Hyeon?Cheol?Kim在TRANSDUCERS′05國際會議上發表的文章Inertial-grade?Out-of-plane?and?In-plane?Differential?Resonant?Silicon?Accelerometers(DRXLS)提出了一種雙軸諧振式硅微加速度計，該加速度計采用兩個質量塊實現水平和垂直兩方向的加速度差動測量，因而體積較大，材料不均勻對器件性能的影響明顯。

2007年，北京航空航天大學的任杰在《MEMS器件與技術》上發表的文章《硅基雙軸諧振式微機械加速度計的設計與仿真》提出了一種硅基雙軸諧振式微機械加速度計結構，該結構采用8個一級微杠桿機構放大慣性力，增大了加速度計在敏感方向上的剛度，因而靈敏度不高。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出一種高靈敏度的雙軸硅微機械諧振式加速度計，以解決現有雙軸諧振式微加速度計靈敏度和分辨率不高、結構復雜、環境溫度影響大等問題，用于高精度的二維加速度測量。