[發明專利]一種基于二級微杠桿的雙質量塊高靈敏度硅微諧振式加速度計結構

在審

• 申請號: 201510982811.0
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN105606845A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 李成;王巖;溫悅;王超;樊尚春
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01P15/097
• 分類號: G01P15/097;B81B3/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種基于二級微杠桿的雙質量塊高靈敏度硅微諧振式加速度計結構，其利用單晶硅 的體硅工藝而制成，其特征在于：所述加速度計結構包括第一質量塊(1)、第二質量塊(13)、 第一音叉諧振器(2)、第二音叉諧振器(14)、第一二級微杠桿放大機構(4)、第二二級微杠桿 放大機構(5)、第三二級微杠桿放大機構(16)、第四二級微杠桿放大機構(17)、第一質量塊 支撐梁(6)、第二質量塊支撐梁(7)、第三質量塊支撐梁(18)、第四質量塊支撐梁(19)、第一 錨點(3)、第二錨點(8)、第三錨點(9)、第四錨點(10)、第五錨點(11)、第六錨點(12)、第七錨 點(15)、第八錨點(20)、第九錨點(21)和第二錨點(22)；所述的第一質量塊(1)分別連接第 一二級微杠桿放大機構(4)、第二二級微杠桿放大機構(5)，所述的第二質量塊(13)分別連 接第三二級微杠桿放大機構(16)、第四二級微杠桿放大機構(17)，所述的第一質量塊(1)分 別與第一質量塊支撐梁(6)、第二質量塊支撐梁(7)相連，所述的第二質量塊(13)分別與第 三質量塊支撐梁(18)、第四質量塊支撐梁(19)相連，且第一質量塊支撐梁(6)、第二質量塊 支撐梁(7)、第三質量塊支撐梁(18)、第四質量塊支撐梁(19)通過第三錨點(9)、第四錨點 (10)、第五錨點(11)、第六錨點(12)、第九錨點(21)和第二錨點(22)固定在基底上，使第一 質量塊(1)、第二質量塊(13)懸浮于基底之上，并可消除由于對稱的音叉諧振器易產生的振 動耦合效應；所述二級微杠桿放大機構的支點梁通過第二錨點(8)、第八錨點(20)固定在基 底上；所述的第一音叉諧振器(2)、第二音叉諧振器(14)呈對稱關系，構成一組差動式諧振 音叉結構，且第一音叉諧振器(2)的一端、第二音叉諧振器(14)的一端分別通過第一錨點 (3)、第七錨點(15)固定在基底上，第一音叉諧振器(2)的另一端通過第一二級微杠桿機構 (4)和第二二級微杠桿放大機構(5)與第一質量塊(1)相連，第二音叉諧振器(14)的另一端 通過第三二級微杠桿放大機構(16)、第四二級微杠桿放大機構(17)與第二質量塊(13)相 連，且第一、第二每個音叉諧振器的兩個諧振梁制備有梳狀排列的活動梳齒，這樣，第一質 量塊(1)、第二質量塊(13)在被測加速度作用下產生的慣性力分別經過第一、第二二級微杠 桿放大機構(4、5)和第三、第四二級微杠桿放大機構(16、17)進行力放大后作用于第一、第 二音叉諧振器(2、14)，并改變第一、第二音叉諧振器(2、14)的固有振動頻率；之后，通過測 量梳齒電容檢測器電容量的變化得到第一、第二音叉諧振器的固有振動頻率，進而解算出 被測加速度值。

2.根據權利要求1所述的一種基于二級微杠桿的雙質量塊高靈敏度硅微諧振式加速度 計結構，其特征在于：所述的第一、第二質量塊、第一、第二、第三、第四二級微杠桿放大機 構、第一、第二音叉諧振器均采用標準體硅工藝制作，所用材料為單晶硅。

3.根據權利要求1所述的一種基于二級微杠桿的雙質量塊高靈敏度硅微諧振式加速度 計結構，其特征在于：所述的第一、第二、第三、第四二級微杠桿放大機構使用二級杠桿，在 輸入端處使用折疊結構，減小了慣性力因結構剛性連接所帶來的損耗，實現了慣性力的較 大倍數放大，從而提高了微加速度計靈敏度。

4.根據權利要求1所述的一種基于二級微杠桿的雙質量塊高靈敏度硅微諧振式加速度 計結構，其特征在于：所述第一、第二質量塊的雙質量塊結構將兩個音叉諧振器(2、14)完全 隔離，避免了零點附近低載荷時兩個對稱音叉諧振器由于結構相同產生的振動耦合，實現 了音叉振動耦合的消除。