[發明專利]三軸硅微加速度計

在審

• 申請號: 201710372866.9
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107037238A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 劉云峰;陶永康;夏澎波
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司11606
• 代理人: 哈達

技術領域

本發明涉及微機械慣性儀表領域，特別是涉及一種三軸硅微加速度計。

背景技術

慣性導航系統已在航海、航空、航天和軍事等領域中廣泛應用。硅微諧振式加速度計具有穩定性高、分辨率高、動態范圍大的特點，被認為是可以實現高精度測量的微電子機械系統(MEMS)慣性導航器件，在國防領域有著重要的應用。對于硅微諧振式加速度計高精度、小型化、高集成度的研究也得到開展。

目前在中低性能的應用領域正逐步取代石英撓性加速度計等傳統慣性儀表。國際上MEMS加速度計已開始在導航和戰術領域應用。同時部分高精度領域也將被微機電加速度計替代單軸硅微諧振式加速度計的研究已經逐步成熟。

然而，傳統諧振式加速度計集成存在體積大、結構復雜，難以滿足在三軸方向上高精度、高量程的加速度測試需求，影響硅微諧振式加速度計的發展和使用。

發明內容

基于此，有必要針對體積大、結構復雜的問題，提供一種三軸硅微加速度計。

一種三軸硅微加速度計，包括第一敏感組件與第二敏感組件；

所述第一敏感組件包括第一敏感單元與第二敏感單元，所述第一敏感單元的敏感方向與所述第二敏感單元的敏感方向正交設置；

所述第二敏感組件包括第三敏感單元與第四敏感單元，所述第三敏感單元的敏感方向與第四敏感單元的敏感方向正交設置；

所述第一敏感組件與所述第二敏感組件垂直正交設置，敏感X、Y、Z方向加速度。

上述三軸硅微加速度計，采用兩組敏感組件，且兩組敏感組件垂直正交設置，每一組敏感組件都包括兩個正交設置的敏感單元。因此，上述三軸硅微加速度計能夠敏感多方向的加速度值，且結構簡單抗過載能力強。

在其中一個實施例中，還包括殼體，所述殼體與所述第一敏感組件與第二敏感組件相匹配，用于固定支撐所述第一敏感組件與第二敏感組件的正交結構。

在其中一個實施例中，所述敏感單元包括梳齒式差動電容結構，所述梳齒式差動電容結構包括動齒與定齒，所述動齒與定齒交錯間隔設置，所述動齒設置于兩個所述定齒之間，且所述動齒相對于相鄰的兩個定齒偏置設置。

在其中一個實施例中，所述敏感單元包括質量塊，所述質量塊與所述動齒連接，用于帶動所述動齒運動。

在其中一個實施例中，還包括檢測電路，所述檢測電路分別與第一敏感組件與第二敏感組件電連接，用于檢測所述第一敏感組件與第二敏感組件的電容變化。

在其中一個實施例中，所述檢測電路包括激勵信號發生電路、電容檢測電路與信號放大調理電路：

所述激勵信號發生電路與所述電容檢測電路電連接，用于為所述電容檢測電路提供激勵信號；

所述電容檢測電路用于檢測所述第一敏感組件與第二敏感組件電容變化，輸出電容變化信號；

所述信號放大調理電路與所述電容檢測電路電連接，用于對所述電容檢測電路輸出的電容變化信號放大并進行濾波處理。

在其中一個實施例中，所述電容檢測電路包括第一電容檢測電路與第二電容檢測電路，所述第一電容檢測電路用于檢測所述第一敏感組件電容變化，所述第二電容檢測電路用于檢測所述第二敏感組件電容變化。

在其中一個實施例中，所述信號放大調理電路包括第一信號放大調理電路與第二信號放大調理電路，所述第一信號放大調理電路用于對所述第一電容檢測電路輸出的電容變化信號放大并進行濾波處理，所述第二信號放大調理電路用于對所述第二電容檢測電路輸出的電容變化信號放大并進行濾波處理。

在其中一個實施例中，所述檢測電路還包括溫度檢測電路，所述溫度檢測電路用于檢測溫度變化。

一種三軸硅微加速度計，包括：

第一敏感組件，包括正交設置的第一單軸加速度計與第二單軸加速度計，所述第一單軸加速度計與第二單軸加速度計分別包括多個敏感單元；

第二敏感組件，包括正交設置的第三單軸加速度計與第四單軸加速度計，第三單軸加速度計與第四單軸加速度計分別包括多個敏感單元；

所述第一敏感組件與所述第二敏感組件垂直正交設置，敏感X、Y、Z方向加速度。

上述三軸硅微加速度計，設置四個單軸加速度計，通過正交安裝的方式使得三軸加速度計敏感X、Y、Z方向加速度，本發明提供的三軸硅微加速度計能夠敏感多方向的加速度，抗過載能力強。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的三軸硅微加速度計示意圖；

圖2為本發明實施例提供的敏感單元結構示意圖；

圖3為本發明實施例提供的三軸硅微加速度計部分結構示意圖；