[發明專利]三軸諧振電容式微機電加速度計

在審

• 申請號: 202010945519.2
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112014597A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 蘇巖
• 申請（專利權）人: 蘇州感測通信息科技有限公司
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125;G01P15/097
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

本發明揭示了一種三軸諧振電容式微機電加速度計，包括由上至下按序層疊設置的上方蓋板層、平面結構層以及下方基底層；平面結構層內包含有四組諧振式微加速度計，四組諧振式微加速度計以中心對稱的方式設置、共同完成對水平方向上加速度的檢測；上方蓋板層及下方基底層二者內部均埋設有電極引線、作為固定基板，且上方蓋板層及下方基底層二者與平面結構層中的敏感質量塊共同構成差分電容式微加速度計、對完成垂直方向上加速度的檢測。本發明通過采用面內諧振式檢測X軸、Y軸，面外電容式檢測Z軸，且三軸均采用差分檢測的方式，使得三軸全解耦互不干擾，具有高精度、高穩定性、體積小、環境依賴性小等特點。

技術領域

本發明涉及一種加速度計設備，尤其涉及一種三軸差分解耦的諧振電容式微機電加速度計，屬于MEMS系統中微慣性傳感器技術領域。

背景技術

微機電(Micro-Electro-Mechanical Systems，簡稱MEMS)加速度計是微機電系統中一種常見的傳感器元件，自其于20世紀70年代被提出以來，經歷了將近半個世紀的發展和演變。隨著應用范圍的逐步拓寬，微機電加速度計也從最早的僅限于軍事和航空航天領域使用，逐步應用至電子器件、醫療設備、和汽車安全等領域。因此，為了滿足不同領域對器件性能的要求，微機電加速度計將向著小型化、低成本、高精度的方向發展。當前市面上較常見的微加速度計按敏感原理的不同可分為：壓電式、壓阻式、隧道效應式、電容式及諧振式等。

在現有技術中，微機電加速度計領域的研究對象主要集中于電容式微機電加速度計和諧振式微機電加速度計兩種，這兩種微機電加速度計各自在應用中的優缺點顯著。具體而言，電容式微機電加速度計基于幅度調制檢測原理且自身的處理電路結構較為復雜，其輸出的本質為電壓信號、易受到外界環境寄生電容的影響。而為了解決電容式微機電加速度計因幅度調制原理而受電路噪聲的影響，研究者提出了基于諧振結構頻率變化的頻率調制微機電加速度計，也稱為振梁式加速度計（Vibrating Beam Accelerometer,簡稱VBA）。相較于電容式微機電加速度計而言，VBA所輸出的敏感信號在進入后續的電路前就已被加載于敏感結構的工作頻率上，從而避免了電路各環節增益對輸出信號的影響。但是在實際的應用過程中技術人員發現，此類通過檢測敏感結構的諧振頻率來測量的器件極易受到殘余應力和環境變化的影響。

隨著近年來科技水平的飛速提高，結合上述研究現狀，人們對于微機電加速度計的性能和使用要求越來越高，特別是對于三軸測量的微機電加速度計的應用需求逐年增加。在現有操作中，對于三軸加速度計的加工，需要將兩個單軸或多軸的微機電加速度計通過敏感軸正交設置的方式進行拼接、組裝，進而得到一個新的三軸加速度計，雖然此種方法簡單有效，但是大大增加了傳感器整體結構的尺寸，給其實際應用帶來了一定的局限性。

綜上所述，鑒于當前市場對于微機電加速度計的使用需求以及一些技術層面的共性問題，如何設計一種高集成度、一體化的三軸微機電加速度計也就成為了本領域內技術人員所亟待解決的問題。

發明內容

鑒于現有技術存在上述缺陷，本發明的目的是提出一種三軸差分解耦的諧振電容式微機電加速度計，具體如下。

一種三軸諧振電容式微機電加速度計，其包括由上至下按序層疊設置的上方蓋板層、平面結構層以及下方基底層；

所述平面結構層內包含有四組諧振式微加速度計，四組所述諧振式微加速度計以中心對稱的方式設置、共同完成對水平方向上加速度的檢測；

所述上方蓋板層及所述下方基底層二者內部均埋設有電極引線、作為固定基板，且所述上方蓋板層及所述下方基底層二者與所述平面結構層中的敏感質量塊共同構成差分電容式微加速度計、對完成垂直方向上加速度的檢測。

優選地，所述上方蓋板層與所述平面結構層二者間以及所述平面結構層與所述下方基底層二者間均設置有用于實現層際分離的絕緣層，所述平面結構層通過設置于其上下兩面的兩層所述絕緣層、分別與所述上方蓋板層及所述下方基底層相連接。