[實用新型]一種單片集成三軸加速度傳感器

有效

• 申請號: 201820570451.2
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN208443865U
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 趙曉鋒;王穎;溫殿忠
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: G01P15/18
• 分類號: G01P15/18;G01P15/08;G01P15/12
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙) 11426
• 代理人: 馬營營;劉冬梅

本實用新型公開了一種單片集成三軸加速度傳感器，其中，采用微電子機械加工技術方法，利用4個雙L型梁、兩個質量塊、中間雙梁作為彈性元件，所述兩個質量塊將感受的加速度信息(a_x、a_y、a_z)轉換為彈性元件形變，引起所述由彈性元件根部12個壓敏電阻構成的3個惠斯通電橋結構輸出電信號發生變化，可分別實現三個方向加速度(a_x、a_y、a_z)檢測；并且，通過優化4個雙L型梁和兩個質量塊、中間雙梁尺寸，優選后三個檢測電路檢測對應加速度具有較好一致性。

技術領域

本實用新型涉及傳感器技術領域，尤其涉及加速度傳感器，特別地，涉及一種單片集成三軸加速度傳感器。

背景技術

隨著科學技術的迅速發展，傳感器技術倍受重視，尤其在現代工業、汽車電子、航空航天、深海探測等領域得到廣泛應用。

在現有技術中，用于檢測三軸加速度的傳感器包括電容式三軸加速度傳感器、壓電式三軸加速度傳感器和壓阻式三軸加速度傳感器等。為實現空間三個方向加速度同時測量，通過組合封裝相應敏感單元進行三軸加速度檢測。

但是，在現有技術所公開的三軸加速度傳感器中，因各方向敏感單元存在一定差異，在空間三個方向加速度同時測量過程中，傳感器存在靈敏度、量程、準確度等特性不一致問題。尤其的，在現有技術的傳感器中，x、y軸方向的靈敏度過低，而z軸方向的靈敏度過高。

實用新型內容

為了解決上述問題，本發明人進行了銳意研究，通過采用微電子機械加工技術(MEMS)方法，利用4個雙L型梁、兩個質量塊中間雙梁作為彈性元件，所述兩個質量塊(m₁、m₂)將感受的加速度信息(a_x、a_y、a_z)轉換為彈性元件形變，引起所述由彈性元件根部12個壓敏電阻構成的3個惠斯通電橋結構輸出電信號(V_xout1、V_xout2、V_yout1、V_yout2、V_zout1、V_zout2)發生變化，可分別實現三個方向加速度(a_x、a_y、a_z)檢測；通過優化4個雙L型梁和兩個質量塊中間雙梁尺寸，優選后三個檢測電路檢測對應加速度具有較好一致性，完成本實用新型。

本實用新型一方面提供了一種單片集成三軸加速度傳感器，具體體現在以下幾方面：

(1)一種單片集成三軸加速度傳感器，其中，所述傳感器以SOI片為載體，所述SOI片包括器件硅1和襯底硅2，其中，在所述傳感器的中心位置刻蝕有懸空結構，所述懸空結構包括第一質量塊m1、第二質量塊m2、第一中間梁ZL1、第二中間梁ZL2和四個L型梁，其中，對所述四個L型梁沿縱向進行拆分，形成八個L小梁，分別為第一L小梁L1、第二L小梁L2、第三L小梁L3、第四L小梁L4、第五L小梁L5、第六L小梁L6、第七L小梁L7和第八L小梁L8。

(2)根據上述(1)所述的單片集成三軸加速度傳感器，其中，所述第一質量塊m1和第二質量塊m2位于所述懸空結構的中心，優選地，所述第一質量塊m1和第二質量塊m2沿傳感器的x方向中心線或y方向中心線對稱設置。

(3)根據上述(1)或(2)所述的單片集成三軸加速度傳感器，其中，所述第一中間梁ZL1和第二中間梁ZL2設置于所述第一質量塊m1和第二質量塊m2之間，用于連接第一質量塊m1和第二質量塊m2；

優選地，所述第一中間梁ZL1和第二中間梁ZL2沿傳感器的y方向中心線或x方向中心線對稱設置，且均與第一質量塊m1和第二質量塊m2垂直；

更優選地，所述第一中間梁ZL1和第二中間梁ZL2的厚度等于器件硅的厚度。