[發明專利]一種電容式微加速度計敏感結構

有效

• 申請號: 201510979830.8
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN106908626B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 郭中洋;楊軍;劉飛;孫剛;盛潔;胡興雷;竇茂蓮;林夢娜;夏春曉
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

本發明屬于慣性測量技術領域，具體公開一種電容式微加速度計敏感結構。它包括上極板、中間擺片微結構和下極板；上極板、中間擺片微結構、下極板之間兩兩通過鍵合層連接；中間擺片微結構包括邊框和包圍在邊框內的彈性減薄梁、質量塊；彈性減薄梁的上下表面各設有位置交錯凹形槽，凹形槽的底部與彈性減薄梁中性面平齊；凹形槽內設有電極引線，電極引線包括上凹形槽電極和下凹形槽電極；上凹形槽電極與質量塊上表面電極連通，下凹形槽電極和質量塊下表面電極連通；質量塊的末端上下表面各設有止擋凸臺，用于限制質量塊在強振動或大沖擊作用下的位移。本發明最大限度屏蔽受力及溫度變形對敏感結構的影響，實現誤差抑制，獲取更高性能。

技術領域

本發明屬于慣性測量技術領域，具體涉及一種電容式微加速度計敏感結構。

背景技術

微機電加速度計是以微電子和微機械工藝為基礎制造的用來測量加速度的慣性傳感器件，具有體積重量功耗小、集成度高、抗惡劣環境、成本低等優點，主要用于航空航天、汽車工業、鉆井探測等軍民領域。

微機電加速度計包括諧振梁式微加速度計、壓阻式微加速度計、電容式微加速度計等。其中，諧振梁式微加速度計對制作工藝要求高，諧振檢測電路較為復雜；壓阻式微加速度計精度較低，對溫度敏感；電容式微加速度計具有靈敏度高、溫度系數小、穩定性好等優點，應用更為廣泛。

一種典型的電容式微加速度計技術方案，一般由上極板、中間擺片微結構、下極板三層組成，其中中間擺片微結構包括彈性減薄梁和質量塊兩個部分。當質量塊受到沿表面法線方向的激勵而運動時，質量塊與上下極板之間的間隙發生變化，進而引起上極板電容變大(小)、下極板電容變小(大)，通過提取電容的差動變化量，即可實現對外界輸入加速度的檢測。

現有技術中的電容式微加速度計敏感結構存在以下不足：

彈性減薄梁受外力彎曲或受溫度變形不一致時，梁上(下)表面受拉力伸長，梁下(上)表面受壓力縮短，相應地，梁上(下)表面電極引線受拉壓作用也會產生變形，進而產生誤差輸出，惡化微加速度計性能；彈性減薄梁和質量塊構成懸臂結構，受外界強振動或大沖擊等惡劣力學條件作用時，質量塊會帶動梁產生較大彎曲變形，當變形超過梁承受極限時，易造成結構損壞。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電容式微加速度計敏感結構，具備較強的惡劣力學環境適應性。

實現本發明目的的技術方案：

一種電容式微加速度計敏感結構，其特征在于：它包括上極板、中間擺片微結構和下極板；上極板、中間擺片微結構、下極板之間兩兩通過鍵合層連接；中間擺片微結構包括邊框和包圍在邊框內的彈性減薄梁、質量塊；彈性減薄梁的一端與質量塊連接，彈性減薄梁的另一端與邊框的內壁連接；質量塊和上極板、下極板之間分別有空隙；質量塊上下表面各鍍有一層金屬電極，分別為質量塊上表面電極和質量塊下表面電極；彈性減薄梁的上下表面各設有位置交錯凹形槽，凹形槽的底部與彈性減薄梁中性面平齊；凹形槽內設有電極引線，電極引線包括上凹形槽電極和下凹形槽電極；上凹形槽電極與質量塊上表面電極連通，下凹形槽電極和質量塊下表面電極連通。

所述質量塊的末端上下表面各設有止擋凸臺，用于限制質量塊在強振動或大沖擊作用下的位移。

所述止擋凸臺材料為金。

所述質量塊和上極板、下極板之間的空隙間距分別為10μm。

所述彈性減薄梁的厚度不大于質量塊厚度的1/5。

所述金屬電極和電極引線的材料為金。

所述上極板、中間擺片微結構和下極板的材料均為單晶硅、石英晶體或熔融石英。

本發明的有益技術效果在于：