[發明專利]硅微諧振式加速度計的干擾模態抑制裝置與方法

有效

• 申請號: 202110050367.4
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112858723B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 施芹;裘安萍;夏國明;趙陽
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01P21/00
• 分類號: G01P21/00;G01P15/097
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 汪清

1.一種硅微諧振式加速度計的干擾模態抑制裝置，其特征在于，由上層單晶硅、中間層單晶硅和下層單晶硅構成，上層單晶硅為布置有信號輸入/出的引線、吸氣劑以及固定基座的硅微諧振式加速度計封裝蓋板，中間層單晶硅片上制作的為硅微諧振式加速度計機械結構，下層單晶硅為布置有固定基座的加速度計襯底，中間層單晶硅密封在由上層單晶硅和下層單晶硅形成的密閉空腔中；

所述加速度計襯底包括質量塊、兩個諧振器、四個微杠桿放大機構、多個支撐梁和多個分立的固定基座、分別對應于兩個諧振器的第一應力釋放機構、第二應力釋放機構；

所述的兩個諧振器沿著x軸對稱布置在質量塊中間，四個微杠桿放大機構位于兩個諧振器之間，并兩兩關于x、y軸對稱布置，以使四個微杠桿放大機構的放大倍數和剛度一致，以及兩個諧振器的靈敏度一致；兩個諧振器內側的一端分別與兩個微杠桿放大機構的輸出端相連，與同一個諧振器相連的兩個微杠桿放大機構的支點端連接到同一個應力釋放機構，第一應力釋放機構與一個固定基座相連，第二應力釋放機構與另外一個固定基座相連，諧振器的另一端設有第三應力釋放機構；微杠桿放大機構的輸入端與質量塊相連，用于消除與諧振器一起沿x軸向的振動模態；質量塊通過多根支撐梁與多個固定基座相連，加速度計襯底的所有固定基座均與上層單晶硅和下層單晶硅的固定基座相連，使中間層單晶硅的機械結構懸空在上層單晶硅與下層單晶硅之間。

2.根據權利要求1所述的硅微諧振式加速度計的干擾模態抑制裝置，其特征在于，所述諧振器包括兩個諧振梁、連接塊、固定基座、固定驅動電極、固定檢測電極、活動梳齒；

所述的兩個諧振梁并列布置，且中間相連，一端均通過第三應力釋放機構與固定基座相連，另一端均與連接塊相連；連接塊連接到兩個微杠桿放大機構的輸出端；兩個諧振梁的外側均設有兩個固定檢測電極，且兩個固定檢測電極之間設有固定驅動電極；兩個諧振梁兩側均設有活動梳齒；所述活動梳齒與驅動電極上的固定梳齒對插形成驅動電容，與固定檢測電極上的固定梳齒對形成檢測電容；所述諧振器的固定基座、固定驅動電極和固定檢測電極分別與上層單晶硅和下層單晶硅對應的固定基座相連。

3.根據權利要求2所述的硅微諧振式加速度計的干擾模態抑制裝置，其特征在于，所述第三應力釋放機構由外框、四個隔離梁組成；所述四個隔離梁的一端均與諧振器的固定基座相連，且中心對稱布置在諧振器的固定基座四周，四個隔離梁的另一端與框架相連，四個隔離梁和諧振器的固定基座布置在框架內。

4.根據權利要求2所述的硅微諧振式加速度計的干擾模態抑制裝置，其特征在于，所述微杠桿放大機構由力臂、輸入端、輸出梁和支點梁組成；

所述輸入端與質量塊相連，輸出梁與對應位置的諧振器的連接塊相連；所述輸入端采用一根與力臂相互垂直的第一折疊梁和一根與第一折疊梁垂直的第二折疊梁；輸入端的第一折疊梁與輸出梁布置在力臂長度方向的同一側，且均與力臂垂直，支點梁布置在力臂長度方向的另一側，且與力臂垂直。

5.根據權利要求4所述的硅微諧振式加速度計的干擾模態抑制裝置，其特征在于，所述第一折疊梁和第二折疊梁均為U型梁或多折梁。

6.根據權利要求1所述的硅微諧振式加速度計的干擾模態抑制裝置，其特征在于，所述第一應力釋放機構由微杠桿連接塊、連接塊和梳齒組成；所述連接塊的一端與微杠桿連接塊相連，杠桿連接塊分別與兩個微杠桿放大機構的支點端相連，連接塊的另一端上布置了梳齒，梳齒與中間層單晶硅的固定基座相連。

7.根據權利要求1-6任一項所述的硅微諧振式加速度計的干擾模態抑制裝置的硅微諧振式加速度計干擾模態抑制方法，其特征在于，通過調節所述支撐梁和與之相連固定基座個數和位置，并調節支撐梁與微杠桿放大機構的剛度比，消除質量塊運動的干擾模態，并提高干擾模態與工作模態的頻率差，同時提高硅微諧振式加速度計系統放大倍數；微杠桿輸入端采用兩根相互垂直的折疊梁，調節微杠桿放大機構折疊梁的軸向剛度與彎曲剛度比，消除微杠桿與諧振器一起沿x軸向的振動模態，并使得微杠桿放大機構的放大倍數接近理想放大倍數。