[實用新型]一種加速度計探頭及加速度計系統

有效

• 申請號: 201620889725.5
• 申請日: 2016-08-16
• 公開（公告）號: CN206132802U
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 湯亮;張忠山;季磊;支萌輝;齊敏;孫泉;喬東海;張倩
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01P15/097
• 分類號: G01P15/097
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所11309
• 代理人: 陳霽

技術領域

本實用新型涉及一種加速度計系統，特別是涉及一種具有應力集中結構并且基于薄膜體聲波諧振器的加速度計系統、加速度計探頭及其制備方法。

背景技術

加速度計是一種常見的慣性傳感器，被廣泛使用在航空航天和消費電子等領域。

隨著消費電子的體積逐漸減小，功耗逐漸降低，現有加速度計的制備也普遍使用微機電系統(Microelectromechanical Systems，MEMS)的方法來減小體積、降低功耗，從而適應其發展。

現今，電容式加速度計是最普遍的一種，通過測量電容變化來得出加速度的大小。現有技術中，通常采用微機電系統(Microelectromechanical Systems，MEMS)的方法制備電容式加速度計，其主要由質量塊、彈性梁、電容極板等構成。通過檢測由加速度引起的質量塊與電容極板之間的電容差，可以得到加速度的大小，但是此過程加速度計對寄生電容比較敏感。此外，微機電系統(Microelectromechanical Systems，MEMS)的電容式加速度計還需要外圍讀出電路對其施加一定的靜電力，通過閉環反饋力平衡技術保證零頻、高分辨率和自檢功能，此過程增加了外圍讀出電路的復雜度。

實用新型內容

本實用新型的目的是針對現有技術的缺陷，提供了一種加速度計系統以實現加速度測量的高靈敏度和高分辨率，避免了電容式微機電系統(Microelectromechanical Systems，MEMS)的加速度計寄生電容干擾和結構復雜的缺點。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種加速度系統、加速度計探頭及其制備方法：

一種加速度計探頭，其特征在于：加速度計探頭包括應力集中結構、薄膜體聲波諧振器、支撐固定結構和薄膜體聲波諧振器的電極焊盤；應力集中結構通過支撐固定結構固定在加速度計探頭上；薄膜體聲波諧振器通過薄膜體聲波諧振器的電極焊盤與射頻振蕩電路的選頻網絡端相連。

加速度計探頭包含一種應力集中結構，應力集中結構包括至少一個質量塊和多個所述應力集中橋。

加速度計探頭具有多個薄膜體聲波諧振器，多個薄膜體聲波諧振器位于多個應力集中橋上并且靠近固定端。

優選地，應力集中結構其中的應力集中橋包含第一氮化硅、二氧化硅、第二氮化硅三種薄膜。

優選地，上述的第一氮化硅薄膜和第二氮化硅薄膜厚度可以相同也可不同。

優選地，上述的薄膜體聲波諧振器的頂電極和底電極材料為鉬；薄膜體聲波諧振器的壓電層材料為氮化鋁。

優選地，如實施例所示，所述固定端為對角線方向。

一種加速度計系統，其特征在于，加速度系統包括：加速度計探頭、射頻振蕩電路和頻譜儀；其中，加速度計探頭，用于探測加速度并且將加速度轉化為薄膜體聲波諧振器的頻率變化；射頻振蕩電路與加速度探頭中的薄膜體聲波諧振器相連，用于根據薄膜體聲波諧振器的頻率變化輸出不同頻率的射頻振蕩信號；頻譜儀，用于讀出射頻振蕩信號的頻率變化。

薄膜體聲波諧振器的結構包括底電極、壓電層和頂電極。

射頻振蕩電路包括，多個并排的CMOS反相器、至少一個MOS管、多個電容、至少一個選頻網絡端、至少一個信號輸出端和至少一個偏壓輸入端。

射頻振蕩電路是一個皮爾斯振蕩電路。

頻譜儀為商用頻譜儀，用于測量吉赫(GHz)的射頻信號。

與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：

(1)本實用新型采用具有大質量塊的橋式應力集中結構，具有應力放大效果，可以提高系統測量加速度的靈敏度。

(2)加速度的大小通過頻譜儀測量由薄膜體聲波諧振器作為選頻網絡部件的射頻振蕩電路輸出射頻振蕩信號頻率的變化得出，避免了電容式微機電系統(Microelectromechanical Systems，MEMS)加速度計寄生電容干擾和結構復雜的缺點。

(3)由于射頻振蕩電路輸出射頻振蕩信號的頻率在吉赫(GHz)，而加速度引起的頻率變化在千赫(KHz)，具有更優異的分辨率。

(4)加速度計探頭采用微機電系統(Microelectromechanical Systems，MEMS)方法制備，具有體積小、功耗低、能夠批量生產的優點。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種加速度計系統的框圖；

圖2為本實用新型的一種加速度計系統的加速度計探頭圖；

圖3為本實用新型的一種加速度計系統的射頻振蕩電路圖；

具體實施方式