交轴有效地解耦合检验质量块的移动，则其可以根据 本发明而被使用。
[0069] 不同的谐振器拓扑可以被用于代替图1中示出的双端音叉谐振器。任何基于谐振 元件的谐振行为的变化提供提供检验质量块的加速度输出指示的合适的谐振元件可以被 使用。
[0070] 此外，力放大杆可以耦合在所述台和谐振器之间以放大谐振器上的所加载的张 力。图2是图1所示类型的双轴传感器的示意性平面图，其具有设置于平台14和谐振器22 之间的力放大杆。图2还示出用于驱动谐振器和传感输出的驱动电极和传感电极。
[0071] 微杆24设置在平台14和谐振元件22之间并且围绕支点26转动。每个支点26 被设置以放大谐振元件22上的张力。这种类型的杆在US5969249中被更详细的描述，其内 容通过引用结合于此。
[0072] 图2还示出谐振元件中的每一者包括一对耦合电极28。驱动电极30和感测电极 32邻近耦合电极28设置。驱动信号可以通过驱动电极30和由感测电极32所感测的输出 信号被施加至每个谐振元件。这种布置在图4中被更详细示出。可替代地，附加的转导电 极（transduction electrode)可以被设置以允许改善的谐振元件的转导。
[0073] 图1和2中示出的双轴加速计可以被用作图3所示的三轴加速计设计的部分。在 图3中，相同的附图标记被用于指示与图2中示出的相同元件。图3示出的实施方式合并 了两对额外的机械上相同的音叉谐振器40和42与50和52。第一谐振器40、42中每一者 以径向相对的位置被静电耦合至平台14。第一谐振器包括电容式耦合板44以电容耦合至 平台14(以虚线箭头示出）和驱动电极46。作为图3示出的可替代配置，谐振器40、42可 以被静电耦合至检验质量块而不是平台14。因为相同的DC电压被施加至谐振器50、52并 施加至检验质量块和平台，另一对谐振器50、52未被电耦合至检验质量块或者平台14。谐 振元件50、52具有与第一对谐振元件40、42相同的结构，包括电容式耦合板，并且靠近第一 对谐振元件40、42设置以使它们经受大体上相同的环境条件。在图3中示出的示例中，谐 振元件50、52以与第一对谐振元件40、42相似的方式被设置在平台14和检验质量块10之 间。
[0074] 检验质量块沿着Z轴的任何感应加速度将使得检验质量块和相应地平台14转移 一距离，该距离的幅度取决于所述台沿Z轴提供的刚度。检验质量块或平台14的任何Z轴 位移改变第一对谐振元件40、42和平台14之间的电容性区域，导致它们工作的谐振频率变 化。谐振频率的变化幅度取决于电容性耦合区域的变化。由于检验质量块沿着Z轴的位移， 电解耦合的谐振元件50、52对不经历频率变量。电解耦合的谐振元件50、52对可以被用于 取消由诸如温度和压力的变化的环境因素引起的谐振频率的任何变化。
[0075] 通过测量耦合的谐振器40和42经历的频率变化的总和，并且然后使用谐振器50 和52的总和输出执行差分计算，沿着Z轴的平台位移的直接测量可以被获得，这可以被用 于确定沿着Z轴的加速度。在检验质量块和衬底娃层之间形成的平行板电容器（parallel plate capacitor)的变化的同步测量值可以被用于提供加速度极性。可替代的机械布置， 如基于梳齿驱动（comb drive)的电容式Z轴加速度检测，在下面的衬底被刻蚀的特殊制造 工艺的情况中，可以与谐振读出机制结合使用以提供极性信息。
[0076] 当然，沿着X轴的任意位移也导致耦合的谐振元件40、42和平台14之间的电容间 隙调制（capacitive gap modulation)。但是，只要电容式親合间隙被设计为相同的，则由 所述台沿着X轴移动引起的任何频率波动对于谐振元件40和42将会有相同的幅度但是相 反的极性。因此，谐振元件40和42对的输出的求和导致由在X轴上的移动引起的任何变 化的消除。因此，与用于监测沿着X和Y轴加速度的轴向耦合谐振器的谐振频率的直接差 分测量不同，Z轴测量通过监测电耦合的谐振器40和42的谐振频率偏移的总和输出来获 得。然后从来自解耦合的谐振器50和52的信号总和减去获得的任何频率变化可以被用于 针对任何不想要的环境因素进行更正。
[0077] 图4阐释可以与图3所示的三轴加速计结合使用的读出电子设备的一个实施方 式。
[0078] X轴和Y轴加速度所需的读出电子设备是相同的并且因此仅详细描述X轴读出。 谐振元件22中每一者是由施加至电极30的交流电压驱动。谐振器22的振荡频率是从电 极32中读出。使用具有自动增益控制的振荡器电路来保持持续的振荡，其反馈到驱动电极 30。振荡器电路包括跨阻放大器33、带通滤波器35和比较器37。
[0079] 混合器55被用于提供来自径向相对的谐振器22的输出的总和与差异。混合器55 的输出通过低通滤波器57以提供差异信号，其是与X轴加速度成比例的输出。
[0080] 正如上文所述，相同的配置被用于提供Y轴输出，并且相同的附图标记已经被用 于标记用于Y轴的电子组件。
[0081] 高通滤波器也可以在X轴和/或Y轴上被连接至混合器55以提供温度的测量。图 4仅示出连接至Y轴输出的高通滤波器59。高通滤波器59从混合器55的输出中移除差异 信号仅留下信号总和（也称为共模输出）。在共模输出中，由于加速度引起的频率偏移被抵 消，留下对环境因素非常敏感的输出，环境因素中最显著的是温度。在这种方式中，单个经 加工的硅传感器可以提供加速度和温度输出二者。由于加速度测量对于谐振频率和温度之 间关系的任何二阶分量仍然是敏感的，来自高通滤波器59的温度测量也可以被用于改善 来自低通滤波器57的加速度测量。
[0082] 对于Z轴谐振元件的驱动和感测布置与X和Y轴谐振元件类似。驱动信号被施加 至驱动电极46、60和来自设置在谐振元件底部的传感电极48、62的输出读出。包括跨阻放 大器、带通滤波器和比较器/自动增益控制元件的振荡电路被用于维持谐振元件40、42和 50、52的振荡。
[0083] 图5更清晰的示出了用于Z轴加速度的信号处理。混合器70被用于提供电耦合 的谐振器40、42输出的总和与差异。类似地来自解耦合的谐振器50、52的输出通过混合器 80计算总和与差异并且通过滤波器82进行高通滤波。混合器90被用于提供来自滤波器 72和滤波器82的输出信号的总和与差异。该输出由低通滤波器92滤波以提供与Z轴加速 度成比例的频率输出。附加的感测电极也可以被合并以促进用于谐振器中每一者的更大的 转导区域，因此减少动态阻抗（motional resistance)并且改善振荡器的电子噪音限制分 辨率。
[0084] 图3和4的传感器对Z轴加速度的灵敏度取决于谐振元件和检验质量块弯曲的刚 度。由于加速度a z引起的检验质量块/双轴台的沿Z轴的进行距离（Z)的任何位移，导致 电弹性（electro-elastically)親合至检验质量块的谐振器中每一者的刚度的静电调制。 这可以表达为：
[0085]
【主权项】
1. 一种惯性传感器，该惯性传感器包括： 框架； 检验质量块，该检验质量块悬挂于所述框架； 第一谐振元件对，该第一谐振元件对电耦合至所述检验质量块或电耦合至中间组件， 该中间组件机械耦合至所述检验质量块，每一个第一谐振元件相对于另一个第一谐振元件 耦合至所述检验质量块的对侧，所述第一谐振元件实质上彼此相同并且当所述传感器不加 速时，具有与所述检验质量块实质上相同的静电耦合； 其中，所述第一谐振元件和检验质量块实质上位于一个平面内，并且其中所述检验质 量块正交于所述平面的相对于所述第一谐振元件的移动改变所述检验质量块和所述第一 谐振元件之间的所述静电耦合； 驱动装置，该驱动装置耦合至所述第一谐振元件，用于使所述第一谐振元件中的每一 者振动；以及 传感器组件，用于检测所述第一谐振元件中每一者的谐振频率的偏移；以及 处理装置，用于对所述第一谐振元件中每一者的所述偏移求和以提供与第一轴平行的 所述检验质量块的加速度的测量，所述第一轴与所述平面正交。
2. 根据权利要求1所述的惯性传感器，所述惯性传感器还包括第二谐振元件，该第二 谐振元件耦合至所述检验质量块，所述第二谐振元件被配置以允许对与第二轴平行、与所 述第一轴正交的加速度的测量； 其中，所述驱动装置被耦合至所述第二谐振元件以使所述第二谐振元件振动，并且所 述传感器组件检测所述第二谐振元件的谐振频率的偏移。
3. 根据权利要求2或3所述的惯性传感器，其中所述第二谐振元件被机械耦合至所述 检验质量块。
4. 根据权利要求2或3所述的惯性传感器，所述惯性传感器还包括第三谐振元件，该第 三谐振元件耦合至所述检验质量块，所述第三谐振元件被配置以允许对与第三轴平行的加 速度的测量，其中所述第三轴与所述第一轴和所述第二轴正交； 其中所述驱动装置被耦合至所述第三谐振元件以使所述第三谐振元件振动，并且所述 传感器组件检测所述第三谐振元件的谐振频率的偏移。
5. 根据权利要求4所述