[發明專利]一種微機械電容式頃角傳感器

有效

• 申請號: 201110448451.8
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102564398A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 秦明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C9/18
• 分類號: G01C9/18
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 王鵬翔

技術領域

本發明涉及一種傾角傳感器，具體涉及一種微機械電容式頃角傳感器。

背景技術

水平傳感器廣泛應用于工程、建筑以及實驗室等各種環境。傳統的水泡型的水平儀分測量一維水平誤差的長水泡和測量二維水平面的圓水泡。一維結構測量精度高，但做二維測量時需要相互垂直的兩個，占用體積大且不能實現自動測量系統。二維測量的圓水泡精度較差，同樣也不能和測量電路集成。

由頃角傳感器實現水平測量是目前測量系統的主要構成方式。傳統的頃角傳感器體積較大。頃角傳感器從工作原理上可分為“固體擺”式、“液體擺”式、“氣體擺”三種，它們各有所長。在重力場中，固體擺的敏感質量是擺錘質量，液體擺的敏感質量是電解液，而氣體擺的敏感質量是氣體。氣體擺頃角傳感器具有較強的抗振動或沖擊能力，但氣體運動控制較為復雜，制造工藝復雜，影響其運動的因素較多，其精度難以提高。固體擺傾角傳感器有明確的擺長和擺心，其機理基本上與加速度傳感器相同。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明目的是提供一種體積小、制造工藝簡單、靈敏度高的微機械電容式頃角傳感器。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

本發明包括半導體片和設置在半導體片上的外圍電極、第一半圓形電極及第二半圓形電極，第一半圓形電極和第二半圓形電極對稱設置在外圍電極內；外圍電極與第一半圓形電極及第二半圓形電極之間的槽內填充有絕緣液體介質，外圍電極的上方設有用于對絕緣液體介質進行密封的密封裝置；第一半圓形電極與外圍電極組成第一電容，第二半圓形電極與外圍電極組成與第一電容對稱的第二電容。由于第一電容和第二電容的對稱性和一致性，電容差分輸出可有效抑制寄生效應。

上述外圍電極、第一半圓形電極及第二半圓形電極上分別設有外圍電極引線、第一半圓形電極引線及第二半圓形電極引線；密封裝置上設有外圍電極引線孔、第一半圓形電極引線孔及第二半圓形電極引線孔；外圍電極引線、第一半圓形電極引線及第二半圓形電極引線分別貫穿外圍電極引線孔、第一半圓形電極引線孔及第二半圓形電極引線孔與外部電容大小檢測裝置相連接。

上述外圍電極的形狀為腰型。使電容極板均為半圓形，因此在接近90度傾銷角內，第一電容和第二電容的差值與傾斜角的大小近似線性變化。

上述半導體片采用的是SOI硅片。采用SOI硅片是因為外圍電極、第一半圓形電極和第二半圓形電極構成電容的電極必須相互絕緣，因此在封裝前必須有支撐體，采用SOI可以解決此問題，SOI硅片稱為絕緣體上的硅，它的結構是硅/絕緣體/硅，為商用材料。本發明做在第一層硅上，中間的絕緣體作為隔離，后面的硅作為支撐。

上述密封裝置采用的是玻璃板或有機基板。

本發明的第一電容與第二電容相對稱，電容差分輸出，分辨率高且可排除寄生電容的影響；本發明體積小、工藝簡單，靈敏度高。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖中各標號：半導體片1，外圍電極2，第一半圓形電極3，第二半圓形電極4，絕緣液體介質5，槽6。

具體實施方式

為使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明。

參見圖1，本發明包括半導體片1和設置在半導體片1上腰型的外圍電極2、第一半圓形電極3及第二半圓形電極4。

其中，第一半圓形電極3和第二半圓形電極4對稱設置在外圍電極2內。

在外圍電極2與第一半圓形電極3及第二半圓形電極4之間的槽6內充少量介電常數較大的絕緣液體介質5，在外圍電極2的上方安裝有用于對絕緣液體介質5進行密封的密封裝置(圖中未畫出)。

其中，第一半圓形電極3與外圍電極2組成半圓形的第一電容，第二半圓形電極4與外圍電極2組成與第一電容對稱半圓形的第二電容(本實施例中，外圍電極2的形狀為腰型，外圍電極2左、右兩側的半圓形形狀分別與第一半圓形電極3的半圓形形狀及第二半圓形電極4半圓形形狀相一致，從而構成了兩個半圓形的電容)。

外圍電極2、第一半圓形電極3和第二半圓形電極4為同一種材料，通過一次刻蝕分離，保證了由上述材料構成的第一電容和第二電容的對稱性和一致性。由于第一電容和第二電容的對稱性和一致性，電容差分輸出分辨率高且可有效抑制寄生效應。

在外圍電極2、第一半圓形電極3及第二半圓形電極4上分別刻有外圍電極引線(圖中未畫出)、第一半圓形電極引線(圖中未畫出)及第二半圓形電極引線(圖中未畫出)。