[發明專利]帶自我標定的電容式微慣性傳感器

無效

• 申請號: 201310312817.8
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103344785A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 董林璽;樓進峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125;G01P21/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于微電子機械技術領域，涉及一種微慣性傳感器，具體涉及一種含自我標定功能的高精度微慣性傳感器。

背景技術

最近十幾年來，用微機械技術制作的加速度計得到了迅速的發展，主要有光加速度計、電磁加速度計、電容加速度計等。在這些傳感器中，電容式加速度傳感器，由于具有溫度系數小，靈敏度高，穩定性好等優點，是目前研制的最多的一類加速度傳感器。隨著加速度傳感器的發展，加速度傳感器的標定方法也得到了迅速的發展。對加速度傳感器的常用標定方法有1g動態翻滾試驗、高g值離心機試驗、振動沖擊試驗等。傳統標定加速度傳感器時需要使傳感器收到已知的慣性力的作用，觀察記錄傳感器輸出信號與外界加速度的關系。這種標定方法往往需要高精度的儀器提供加速度信號，費用比較昂貴，而且操作復雜，后來陸續有人研究用靜電力對傳感器進行自我標定，代替外界加速度產生的慣性力，可以降低成本，但產生靜電力時所施加的電壓易超過加速度傳感器的工作電壓。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含自我標定功能的高精度微慣性傳感器。

本發明提供的電容式微慣性傳感器包括玻璃襯底、敏感器質量塊、驅動器質量塊、固定驅動硅條、固定檢測硅條和驅動導線。

敏感器質量塊分為條形敏感器質量塊和一對柵形敏感器質量塊。條形敏感器質量塊由矩形塊和條形敏感器質量塊矩形凸起組成，條形敏感器質量塊的兩對應端通過敏感器U型硅支撐梁與敏感器錨點連接，敏感器錨點固定設置在玻璃襯底上。一對柵形敏感器質量塊分別位于條形敏感器質量塊兩側，每個柵形敏感器質量塊由縱向等間距、橫向平行的柵形電極以及柵型敏感器質量塊矩形凸起組成，其縱向長度和條形敏感器質量塊的主體長度相同；柵形敏感器質量塊矩形凸起和條形質量塊矩形凸起相對，形成電容調整間隙。柵形敏感器質量塊的兩個對應端分別設置有兩組矩形硅條組，每組硅條組包括平行設置的m條硅條，m≥2，柵形敏感器質量塊兩端的硅條數目相同、位置對應，硅條與柵形敏感器質量塊側邊垂直；柵形敏感器質量塊的另兩個對應端分別設置有兩組梳型硅條組，每組硅條組由n個等間距的梳齒和連接梳齒的矩形硅條組成，n≥2，梳齒與矩形硅條垂直設置，柵形敏感器質量塊兩端的梳齒數目相同、位置對應，矩形硅條與柵形敏感器質量塊側邊垂直；柵形敏感器質量塊對應玻璃襯底一面刻蝕有與矩形硅條平行的矩形柵條形井。柵形敏感器質量塊和條形敏感器質量塊通過兩對位于柵形敏感器質量塊和條形敏感器質量塊之間的U形敏感器連接梁相連，該兩對U形敏感器連接梁沿著條形敏感器質量塊的橫向中心線對稱設置。

敏感器質量塊的兩側分別設置有兩個驅動器質量塊；所述的驅動器質量塊為矩形硅片，驅動器質量塊的兩對應端通過驅動器U形支撐梁與錨點連接，驅動器錨點固定設置在玻璃襯底上，驅動器質量塊與玻璃襯底平行設置；每個驅動器質量塊的一側設置有m個驅動器驅動硅條，另一側設置有m個質量塊驅動硅條，所述的質量塊驅動硅條為梳齒狀，齒上刻蝕有凹形阻尼條，質量塊驅動硅條與敏感器質量塊連接的矩形硅條平行、位置對應，敏感器質量塊連接的矩形硅條與對應的質量塊驅動硅條組成質量塊驅動電容；驅動器質量塊中間刻有方環形槽。

兩個梳齒狀的固定驅動硅條固定設置在玻璃襯底上，每個固定驅動硅條的梳齒條與驅動器驅動硅條位置對應；固定驅動硅條的梳齒條與對應的驅動器驅動硅條的組成驅動器驅動電容；兩個固定驅動硅條通過玻璃襯底表面上的引線與驅動器外部連接錨點連接。

四個梳齒狀的固定檢測硅條固定設置在玻璃襯底上，固定檢測硅條由梳齒條及連接梳齒條的矩形硅條組成，每個固定檢測硅條的梳齒條與敏感器質量塊連接的梳齒狀硅條組上的梳齒條位置對應，固定檢測硅條的梳齒條與梳齒狀硅條組上的梳齒條形成檢測電容；四個固定檢測梳齒條通過玻璃襯底上的引線與外部連接錨點連接。

驅動導線共有兩根，分別縱向設置于相應的柵形敏感器質量塊的內側邊框上，每根驅動導線的一端通過沿對應的敏感器連接梁和敏感器U型硅支撐梁上所鋪設的金屬導線引出電極連接。驅動導線以及連接驅動導線與電極之間的連接線與敏感器柵質量塊對應部分之間設置有電絕緣層。

玻璃襯底表面對應兩個敏感器錨點位置設置有兩個敏感器質量塊錨點，敏感器質量塊焊點與敏感器錨點連接；玻璃襯底表面對應敏感器質量塊設置有叉指鋁電極，敏感器質量塊上刻蝕的柵條形井的長條邊與叉指鋁電極中的每對叉指相對應。