[實(shí)用新型]一種Z軸電容式微機(jī)械加速度計(jì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420151300.5
• 申請(qǐng)日: 2014-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203825034U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉恒;于步云;孟瑞麗;許辰;王冕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P15/125
• 分類號(hào): G01P15/125
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Z軸電容式微機(jī)械加速度計(jì)，屬于微機(jī)械中傳感器的技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

近十年來(lái)，隨著集成電路制備技術(shù)和微機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，微型加速度計(jì)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于宇航、汽車工業(yè)等眾多的科研及民用領(lǐng)域。微機(jī)械加速度計(jì)是微機(jī)電系統(tǒng)中最為成功的器件之一，在軍事與民用領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，孕育著巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，提高性能指標(biāo)是目前微機(jī)械加速度計(jì)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。?

Z軸電容式微機(jī)械加速度計(jì)是通過(guò)Z軸方向的加速度作用在質(zhì)量塊上，質(zhì)量塊帶動(dòng)支撐梁的活動(dòng)，而質(zhì)量塊上的梳齒或平板也相應(yīng)發(fā)生位置移動(dòng)，當(dāng)梳齒或平板與固定平板構(gòu)成的電容對(duì)的間隔距離發(fā)生變化時(shí)，意味著對(duì)應(yīng)的電容發(fā)生變化，電容變化的大小與Z軸方向的加速度大小有關(guān)。Z軸電容式微機(jī)械加速度計(jì)正是通過(guò)檢測(cè)電容變化的大小來(lái)感測(cè)Z軸方向加速度的。?

Z軸電容式微機(jī)械加速度計(jì)一般有兩種，一種是扭轉(zhuǎn)式，質(zhì)量塊通過(guò)梁來(lái)支撐，當(dāng)Z軸方向加速度變化時(shí),支撐梁支撐的質(zhì)量塊左右兩部分就會(huì)相對(duì)支撐梁對(duì)應(yīng)的軸線發(fā)生扭轉(zhuǎn),一邊質(zhì)量塊位置上升,一邊質(zhì)量塊位置下降,對(duì)應(yīng)的左右兩邊電容由于正對(duì)面積和間隔距離的變化而大小發(fā)生變化。北京大學(xué)的楊振川、劉雪松、郝一龍等介紹了一種梳齒電容式Z軸加速度計(jì)及其制備方法（CN?1605871A），包括玻璃基座、可動(dòng)電極和固定電極、支撐梁和錨點(diǎn)，可動(dòng)電極以支撐梁為軸，其兩側(cè)具有質(zhì)量差，屬于扭轉(zhuǎn)式Z軸電容式微機(jī)械加速度計(jì)，但由于檢測(cè)電容的變化只取決于支撐梁的扭轉(zhuǎn)角度，在這種方式中，加速度計(jì)的靈敏度解析計(jì)算比較復(fù)雜，非線性度也比較大。?

另一種是上下平動(dòng)式，當(dāng)Z軸方向加速度變化時(shí)，支撐梁支撐的質(zhì)量塊在Z軸方向上上下平行移動(dòng)，固定的檢測(cè)極板與質(zhì)量塊上的極板形成檢測(cè)電容，這種方式的Z軸電容微機(jī)械加速度計(jì)靈敏度小，但非線性度也小，工藝制造容易。?

根據(jù)上述說(shuō)明，現(xiàn)有的Z軸電容式微機(jī)械加速度計(jì)都存在不同的缺點(diǎn)，在當(dāng)前的硅微機(jī)械制造工藝條件下，很難研制大靈敏度的Z軸電容式微機(jī)械加速度計(jì)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種新型的Z軸電容式微機(jī)械加速度計(jì)結(jié)構(gòu)和電極布局，通過(guò)一個(gè)質(zhì)量塊、附著在該質(zhì)量塊上的梳齒及折疊梁形成可動(dòng)結(jié)構(gòu)，固定檢測(cè)梳齒和可動(dòng)結(jié)構(gòu)中梳齒形成檢測(cè)電容，在Z軸存在加速度變化時(shí),?質(zhì)量塊及質(zhì)量塊上附著的梳齒也會(huì)跟著產(chǎn)生位移,對(duì)應(yīng)的檢測(cè)電容就會(huì)發(fā)生變化，使得加速度計(jì)的靈敏度高。且本實(shí)用新型的質(zhì)量塊四周均布置有梳齒，檢測(cè)電容由于加速度的變化量進(jìn)一步增大，從而靈敏度得到提高，能大大減小后續(xù)接口電路對(duì)微弱變化電容提取的困難。?

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題：?

一種Z軸電容式微機(jī)械加速度計(jì)，包括玻璃基座、鍵合在玻璃基座上的結(jié)構(gòu)層以及設(shè)置于玻璃基座上的金電極層，所述結(jié)構(gòu)層包括一個(gè)質(zhì)量塊、附著在所述質(zhì)量塊上的梳齒、設(shè)置于所述質(zhì)量塊上且用于支撐質(zhì)量塊懸空的折疊梁、與所述折疊梁相連的錨點(diǎn)區(qū)、一端通過(guò)鍵合固定在玻璃基座上的固定檢測(cè)梳齒，其中當(dāng)加速度計(jì)受到Z軸方向的加速度時(shí)，所述質(zhì)量塊、梳齒及折疊梁形成可動(dòng)結(jié)構(gòu)，且所述固定檢測(cè)梳齒和可動(dòng)結(jié)構(gòu)中梳齒形成檢測(cè)電容。

進(jìn)一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述梳齒、折疊梁、錨點(diǎn)區(qū)、固定檢測(cè)梳齒均為四組且分別布置于質(zhì)量塊四周。?

進(jìn)一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述梳齒、折疊梁、錨點(diǎn)區(qū)、固定檢測(cè)梳齒均關(guān)于質(zhì)量塊對(duì)稱設(shè)置。?

進(jìn)一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述折疊梁采用蟹形折疊梁。?

進(jìn)一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述每個(gè)折疊梁由兩個(gè)蟹形折疊梁對(duì)稱設(shè)置構(gòu)成。?

進(jìn)一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述質(zhì)量塊上均勻布置用于減小質(zhì)量塊所受擠壓阻尼的開(kāi)孔。?

進(jìn)一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述固定檢測(cè)梳齒包括通過(guò)鍵合固定在玻璃基座上的固定桿、連接在固定桿一側(cè)的連接梁以及附著在連接梁上的固定梳齒，其中所述固定梳齒與可動(dòng)結(jié)構(gòu)中的梳齒之間形成檢測(cè)電容。?

進(jìn)一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述金電極層包括用于連接固定檢測(cè)梳齒提供電信號(hào)的第一電極和用于連接錨點(diǎn)區(qū)為可動(dòng)結(jié)構(gòu)提供電信號(hào)的第二電極。?

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，能產(chǎn)生如下技術(shù)效果：?