[發明專利]一種MEMS重力儀

有效

• 申請號: 201710461918.X
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107092038B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 涂良成;唐世豪;劉金全;范繼
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01V7/02
• 分類號: G01V7/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

1.一種MEMS重力儀，其特征在于，包括：振子單元，位移傳感結構，位移檢測電路，腔體和水平調節基座；

所述振子單元設置在所述腔體的內部，所述振子單元包括：負剛度彈簧、正剛度彈簧、檢驗質量和外框；所述檢驗質量通過所述正剛度彈簧和所述負剛度彈簧與所述外框相連，且所述正剛度彈簧與所述負剛度彈簧關于所述檢驗質量對稱設置，所述外框與所述腔體固聯；

所述位移傳感結構設置在所述檢驗質量的表面，所述位移檢測電路用于檢測所述位移傳感結構的位移信號；

所述水平調節基座設置在所述腔體底部，用于調節腔體的水平；

所述負剛度彈簧為彎曲的梁，所述梁的兩端固定，工作中檢驗質量的位移使得梁產生軸向伸縮且在所述梁的內部產生軸向力。

2.如權利要求1所述的MEMS重力儀，其特征在于，所述振子單元在1g重力作用下通過正、負剛度彈簧的剛度匹配有效地降低了等效剛度進而使本征頻率有效地減小。

3.如權利要求1所述的MEMS重力儀，其特征在于，所述MEMS重力儀還包括：支撐結構，固定在所述腔體內部，且所述振子單元的外框固定在支撐結構的表面。

4.如權利要求3所述的MEMS重力儀，其特征在于，所述支撐結構為龍門結構，其材料為熱膨脹系數小于2.5ppm/℃的材料。

5.如權利要求1-4任一項所述的MEMS重力儀，其特征在于，所述MEMS重力儀還包括：真空接口和真空模塊，

所述真空接口設置在所述腔體表面，用于連接所述腔體與設置在所述腔體外部的所述真空模塊。

6.如權利要求1-4任一項所述的MEMS重力儀，其特征在于，所述MEMS重力儀還包括：溫度控制模塊，設置于所述腔體內部，用于維持所述腔體內部溫度的穩定。

7.如權利要求1-4任一項所述的MEMS重力儀，其特征在于，所述MEMS重力儀還包括：信號接口，設置于所述腔體的表面，用于將所述位移傳感結構的信號傳導至所述位移檢測電路。

8.一種振子單元的MEMS加工方法，所述振子單元包括：負剛度彈簧、正剛度彈簧、檢驗質量和外框；所述檢驗質量通過所述正剛度彈簧和所述負剛度彈簧與所述外框相連，且所述正剛度彈簧與所述負剛度彈簧關于所述檢驗質量對稱設置，所述負剛度彈簧為彎曲的梁，所述梁的兩端固定，工作中檢驗質量的位移使得梁產生軸向伸縮且在所述梁的內部產生軸向力；其特征在于，所述MEMS加工方法包括下述步驟：

(1)通過光刻工藝將振子單元的外框、負剛度彈簧、檢驗質量和正剛度彈簧的圖形掩膜轉移至硅片表面；

(2)利用深反應離子刻蝕(DRIE)工藝對所述硅片進行一體刻蝕并獲得所述振子單元中間件；

(3)利用濕法腐蝕工藝將所述振子單元中間件中不需要的結構去除后獲得所述振子單元。

9.一種三軸重力儀，其特征在于，包括三個振子單元，三個振子單元所處的平面均與水平面成某個夾角，三個振子單元所處的平面兩兩相互之間成某個夾角；每個振子單元包括：負剛度彈簧、正剛度彈簧、檢驗質量和外框；所述檢驗質量通過所述正剛度彈簧和所述負剛度彈簧與所述外框相連，且所述正剛度彈簧與所述負剛度彈簧關于所述檢驗質量對稱設置，所述負剛度彈簧為彎曲的梁，所述梁的兩端固定，工作中檢驗質量的位移使得梁產生軸向伸縮且在所述梁的內部產生軸向力。

10.一種重力梯度儀，其特征在于，包括：兩個如權利要求1所述的重力儀在空間中分開一定距離放置，測量上述重力儀所在空間兩點的重力加速度，將測量的重力加速度進行差分后除以上述空間兩點的距離獲得重力梯度。