[發(fā)明專利]梁島塔形壓阻式三軸MEMS高量程加速度傳感器陣列

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210392440.7
• 申請(qǐng)日: 2012-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN102928622A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石云波;劉俊;唐軍;趙銳;錢爰穎;潘龍麗;李杰;張曉明;楊衛(wèi);郭濤;馬喜宏;鮑愛達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P15/12
• 分類號(hào): G01P15/12;G01P15/18
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及MEMS傳感器，具體是一種梁島塔形壓阻式三軸MEMS高量程加速度傳感器陣列。

背景技術(shù)

MEMS（Micro-Electro-Mechanical?Systems，微機(jī)電系統(tǒng)）加速度傳感器廣泛應(yīng)用于車輛、測(cè)試、航空航天等領(lǐng)域。MEMS加速度傳感器通常分為壓電式MEMS加速度傳感器、電容式MEMS加速度傳感器、壓阻式MEMS加速度傳感器、隧道式MEMS加速度傳感器等類型。其中，壓阻式MEMS加速度傳感器因其具有尺寸小、無遲滯、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及輸出性好、頻率范圍寬、測(cè)量加速度范圍寬、直接輸出電壓信號(hào)、批量生產(chǎn)成本低、與硅集成電路平面工藝兼容性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛。現(xiàn)有壓阻式MEMS加速度傳感器的結(jié)構(gòu)通常分為單質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)、單片三軸結(jié)構(gòu)、由三個(gè)單軸加速度傳感器組裝而成的三軸結(jié)構(gòu)等類型。其中，單質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)存在耦合過大的問題。單片三軸結(jié)構(gòu)和由三個(gè)單軸加速度傳感器組裝而成的三軸結(jié)構(gòu)存在機(jī)械精度低、以及體積和質(zhì)量過大的問題。基于此，有必要發(fā)明一種全新的MEMS加速度傳感器，以解決現(xiàn)有壓阻式MEMS加速度傳感器耦合過大、機(jī)械精度低、以及體積和質(zhì)量過大的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有壓阻式MEMS加速度傳感器耦合過大、機(jī)械精度低、以及體積和質(zhì)量過大的問題，提供了一種梁島塔形壓阻式三軸MEMS高量程加速度傳感器陣列。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：梁島塔形壓阻式三軸MEMS高量程加速度傳感器陣列，包括第一六梁雙島T形結(jié)構(gòu)傳感器、第二六梁雙島T形結(jié)構(gòu)傳感器、以及四梁錐臺(tái)結(jié)構(gòu)傳感器；所述第一六梁雙島T形結(jié)構(gòu)傳感器包括X軸加速度傳感器、Z軸低量程加速度傳感器、以及第一正方形硅基框架；X軸加速度傳感器包括右側(cè)矩形質(zhì)量塊、右側(cè)連接梁、右上側(cè)檢測(cè)梁、右下側(cè)檢測(cè)梁、以及由第一-第四壓敏元件-構(gòu)成的第一惠斯通電橋；右側(cè)矩形質(zhì)量塊支懸于第一正方形硅基框架的內(nèi)腔右側(cè)；右側(cè)連接梁沿右側(cè)矩形質(zhì)量塊的寬度方向中心線設(shè)置，且右側(cè)矩形質(zhì)量塊的右側(cè)長邊通過右側(cè)連接梁與第一正方形硅基框架的右側(cè)內(nèi)壁固定；右上側(cè)檢測(cè)梁沿右側(cè)矩形質(zhì)量塊的長度方向中心線設(shè)置，且右側(cè)矩形質(zhì)量塊的上側(cè)短邊通過右上側(cè)檢測(cè)梁與第一正方形硅基框架的上側(cè)內(nèi)壁固定；右下側(cè)檢測(cè)梁沿右側(cè)矩形質(zhì)量塊的長度方向中心線設(shè)置，且右側(cè)矩形質(zhì)量塊的下側(cè)短邊通過右下側(cè)檢測(cè)梁與第一正方形硅基框架的下側(cè)內(nèi)壁固定；第一壓敏元件安裝于右上側(cè)檢測(cè)梁的上端左側(cè)；第二壓敏元件安裝于右上側(cè)檢測(cè)梁的上端右側(cè)；第三壓敏元件安裝于右下側(cè)檢測(cè)梁的下端左側(cè)；第四壓敏元件安裝于右下側(cè)檢測(cè)梁的下端右側(cè)；Z軸低量程加速度傳感器包括左側(cè)矩形質(zhì)量塊、左側(cè)連接梁、左上側(cè)檢測(cè)梁、左下側(cè)檢測(cè)梁、以及由第五-第八壓敏元件-構(gòu)成的第二惠斯通電橋；左側(cè)矩形質(zhì)量塊支懸于第一正方形硅基框架的內(nèi)腔左側(cè)；左側(cè)連接梁沿左側(cè)矩形質(zhì)量塊的寬度方向中心線設(shè)置，且左側(cè)矩形質(zhì)量塊的左側(cè)長邊通過左側(cè)連接梁與第一正方形硅基框架的左側(cè)內(nèi)壁固定；左上側(cè)檢測(cè)梁沿左側(cè)矩形質(zhì)量塊的長度方向中心線設(shè)置，且左側(cè)矩形質(zhì)量塊的上側(cè)短邊通過左上側(cè)檢測(cè)梁與第一正方形硅基框架的上側(cè)內(nèi)壁固定；左下側(cè)檢測(cè)梁沿左側(cè)矩形質(zhì)量塊的長度方向中心線設(shè)置，且左側(cè)矩形質(zhì)量塊的下側(cè)短邊通過左下側(cè)檢測(cè)梁與第一正方形硅基框架的下側(cè)內(nèi)壁固定；第五壓敏元件安裝于左上側(cè)檢測(cè)梁的上端中央；第六壓敏元件安裝于左上側(cè)檢測(cè)梁的下端中央；第七壓敏元件安裝于左下側(cè)檢測(cè)梁的上端中央；第八壓敏元件安裝于左下側(cè)檢測(cè)梁的下端中央；所述第二六梁雙島T形結(jié)構(gòu)傳感器包括Y軸加速度傳感器、Z軸中量程加速度傳感器、以及第二正方形硅基框架；Y軸加速度傳感器包括上側(cè)矩形質(zhì)量塊、上側(cè)連接梁、上左側(cè)檢測(cè)梁、上右側(cè)檢測(cè)梁、以及由第九-第十二壓敏元件-構(gòu)成的第三惠斯通電橋；上側(cè)矩形質(zhì)量塊支懸于第二正方形硅基框架的內(nèi)腔上側(cè)；上側(cè)連接梁沿上側(cè)矩形質(zhì)量塊的寬度方向中心線設(shè)置，且上側(cè)矩形質(zhì)量塊的上側(cè)長邊通過上側(cè)連接梁與第二正方形硅基框架的上側(cè)內(nèi)壁固定；上左側(cè)檢測(cè)梁沿上側(cè)矩形質(zhì)量塊的長度方向中心線設(shè)置，且上側(cè)矩形質(zhì)量塊的左側(cè)短邊通過上左側(cè)檢測(cè)梁與第二正方形硅基框架左側(cè)內(nèi)壁固定；上右側(cè)檢測(cè)梁沿上側(cè)矩形質(zhì)量塊的長度方向中心線設(shè)置，且上側(cè)矩形質(zhì)量塊的右側(cè)短邊通過上右側(cè)檢測(cè)梁與第二正方形硅基框架右側(cè)內(nèi)壁固定；第九壓敏元件安裝于上左側(cè)檢測(cè)梁的左端下側(cè)；第十壓敏元件安裝于上左側(cè)檢測(cè)梁的左端上側(cè)；第十一壓敏元件安裝于上右側(cè)檢測(cè)梁的右端下側(cè)；第十二壓敏元件安裝于上右側(cè)檢測(cè)梁的右端上側(cè)；Z軸中量程加速度傳感器包括下側(cè)矩形質(zhì)量塊、下側(cè)連接梁、下左側(cè)檢測(cè)梁、下右側(cè)檢測(cè)梁、以及由第十三-第十六壓敏元件-構(gòu)成的第四惠斯通電橋；下側(cè)矩形質(zhì)量塊支懸于第二正方形硅基框架的內(nèi)腔下側(cè)；下側(cè)連接梁沿下側(cè)矩形質(zhì)量塊的寬度方向中心線設(shè)置，且下側(cè)矩形質(zhì)量塊的下側(cè)長邊通過下側(cè)連接梁與第二正方形硅基框架的下側(cè)內(nèi)壁固定；下左側(cè)檢測(cè)梁沿下側(cè)矩形質(zhì)量塊的長度方向中心線設(shè)置，且下側(cè)矩形質(zhì)量塊的左側(cè)短邊通過下左側(cè)檢測(cè)梁與第二正方形硅基框架左側(cè)內(nèi)壁固定；下右側(cè)檢測(cè)梁沿下側(cè)矩形質(zhì)量塊的長度方向中心線設(shè)置，且下側(cè)矩形質(zhì)量塊的右側(cè)短邊通過下右側(cè)檢測(cè)梁與第二正方形硅基框架右側(cè)內(nèi)壁固定；第十三壓敏元件安裝于下左側(cè)檢測(cè)梁的左端中央；第十四壓敏元件安裝于下左側(cè)檢測(cè)梁的右端中央；第十五壓敏元件安裝于下右側(cè)檢測(cè)梁的左端中央；第十六壓敏元件安裝于下右側(cè)檢測(cè)梁的右端中央；所述四梁錐臺(tái)結(jié)構(gòu)傳感器包括Z軸高量程加速度傳感器、以及第三正方形硅基框架；Z軸高量程加速度傳感器包括正方形質(zhì)量塊、上側(cè)檢測(cè)梁、下側(cè)檢測(cè)梁、左側(cè)檢測(cè)梁、右側(cè)檢測(cè)梁、以及由第十七-第二十壓敏元件-構(gòu)成的第五惠斯通電橋；正方形質(zhì)量塊支懸于第三正方形硅基框架的內(nèi)腔中央；上側(cè)檢測(cè)梁沿正方形質(zhì)量塊的中心線設(shè)置，且正方形質(zhì)量塊的上側(cè)邊通過上側(cè)檢測(cè)梁與第三正方形硅基框架的上側(cè)內(nèi)壁固定；下側(cè)檢測(cè)梁沿正方形質(zhì)量塊的中心線設(shè)置，且正方形質(zhì)量塊的下側(cè)邊通過下側(cè)檢測(cè)梁與第三正方形硅基框架的下側(cè)內(nèi)壁固定；左側(cè)檢測(cè)梁沿正方形質(zhì)量塊的中心線設(shè)置，且正方形質(zhì)量塊的左側(cè)邊通過左側(cè)檢測(cè)梁與第三正方形硅基框架的左側(cè)內(nèi)壁固定；右側(cè)檢測(cè)梁沿正方形質(zhì)量塊的中心線設(shè)置，且正方形質(zhì)量塊的右側(cè)邊通過右側(cè)檢測(cè)梁與第三正方形硅基框架的右側(cè)內(nèi)壁固定；第十七壓敏元件安裝于上側(cè)檢測(cè)梁的上端中央；第十八壓敏元件安裝于右側(cè)檢測(cè)梁的右端中央；第十九壓敏元件安裝于下側(cè)檢測(cè)梁的下端中央；第二十壓敏元件安裝于左側(cè)檢測(cè)梁的左端中央；第一正方形硅基框架的右側(cè)外壁與第二正方形硅基框架的左側(cè)外壁緊貼固定；第二正方形硅基框架的右側(cè)外壁與第三正方形硅基框架的左側(cè)外壁緊貼固定。