[發(fā)明專利]一種基于位移差分的MEMS重力梯度儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610003329.2
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105652334B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發(fā)明（設計）人: 涂良成;唐世豪;范繼;劉金全
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01V7/00
• 分類號: G01V7/00;G01V7/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 廖盈春

1.一種MEMS重力梯度儀，其特征在于，包括由第一振子單元和第二振子單元組成的敏感單元；所述第一振子單元包括在同一硅片上加工得到的第一外圍框架和與所述第一外圍框架通過第一組梁連接的第一檢驗質(zhì)量，所述第二振子單元包括在同一硅片上加工得到的第二外圍框架和與所述第二外圍框架通過第二組梁連接的第二檢驗質(zhì)量，所述第一組梁和所述第一檢驗質(zhì)量構(gòu)成第一機械振子，所述第二組梁和所述第二檢驗質(zhì)量構(gòu)成第二機械振子，所述第一振子單元和所述第二振子單元相向正對設置，所述第一機械振子和所述第二機械振子的敏感軸位于同一直線上，所述第一檢驗質(zhì)量上的電容檢測陣列與所述第二檢驗質(zhì)量上的電容檢測陣列構(gòu)成位移檢測電容器；

工作時，所述第一機械振子和所述第二機械振子用于將梯度信號轉(zhuǎn)化為所述第一檢驗質(zhì)量和所述第二檢驗質(zhì)量的相對位移信號，使所述第一檢驗質(zhì)量和所述第二檢驗質(zhì)量發(fā)生相對位移，帶動所述第一檢驗質(zhì)量上的電容檢測陣列與所述第二檢驗質(zhì)量上的電容檢測陣列發(fā)生相對位移，使得所述第一檢驗質(zhì)量上的電容檢測陣列與所述第二檢驗質(zhì)量上的電容檢測陣列的正對面積發(fā)生變化，進而使所述位移檢測電容器的電容發(fā)生變化，通過檢測所述位移檢測電容器的電容變化得到所述第一檢驗質(zhì)量和所述第二檢驗質(zhì)量的相對位移，進而得到梯度信號。

2.如權(quán)利要求1所述的MEMS重力梯度儀，其特征在于，所述第一檢驗質(zhì)量上的電容檢測陣列的公共端引出至所述第一外圍框架上作為所述第一振子單元的第一端口，所述第二檢驗質(zhì)量上的電容檢測陣列的公共端引出至所述第一外圍框架上作為所述第一振子單元的第二端口，第三電容檢測陣列的公共端引出至所述第二外圍框架上作為所述敏感單元的信號輸出端口，所述第二外圍框架上還設有第一信號輸入端口、接地端口和第二信號輸入端口，所述第一振子單元和所述第二振子單元通過封裝環(huán)鍵合在一起，所述第一信號輸入端口與所述第一振子單元的第一端口連接，所述第二信號輸入端口與所述第一振子單元的第二端口連接，所述第一信號輸入端口和所述第二信號輸入端口用于輸入相位相反驅(qū)動信號，所述接地端口接地，用于進行信號屏蔽，所述MEMS重力梯度儀還包括與所述敏感單元的信號輸出端口連接的信號檢測電路，用于檢測所述位移檢測電容器的電容變化，并根據(jù)所述位移檢測電容器的電容變化得到梯度信號。

3.一種MEMS重力梯度儀，其特征在于，包括在同一硅片上加工得到的第一振子單元和第二振子單元，所述第一振子單元的檢驗質(zhì)量上設有第一電容檢測陣列，所述第二振子單元的檢驗質(zhì)量上設有第二電容檢測陣列，所述第一電容檢測陣列和所述第二電容檢測陣列均為梳齒結(jié)構(gòu)，在同一平面內(nèi)相互嚙合，構(gòu)成位移檢測電容；在所述MEMS重力梯度儀由梯度信號輸入時，所述第一振子單元的檢驗質(zhì)量和所述第二振子單元的檢驗質(zhì)量發(fā)生相對位移，帶動所述第一電容梳齒陣列和所述第二電容梳齒陣列發(fā)生相對位移，使得所述第一電容梳齒陣列和所述第二電容梳齒陣列的間距發(fā)生變化，進而使所述位移檢測電容器的電容發(fā)生變化，通過檢測所述位移檢測電容器的電容變化得到所述第一振子單元的檢驗質(zhì)量和所述第二振子單元的檢驗質(zhì)量的相對位移，進而得到梯度信號。