减少加速度计中的滞后效应的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及加速度计。
【背景技术】
[0002]加速度计通过对检测质量在惯性力作用下的位移进行检测而起作用。例如，加速度计组件可利用电容传感器系统对检测质量的位移进行检测。在此例子中，电容器极板可放置在检测质量的上表面上，并且一个类似的电容器极板可放置在检测质量的下表面上。这些电容器极板与上定子和下定子的面朝里表面合作而形成电容传感器系统。此外，可利用力再平衡系统对检测质量的位移进行检测，其中将具有力再平衡线圈的线圈管安装在检测质量的任一侧上。力再平衡线圈与上定子和下定子中的永磁体以及合适的反馈电路合作，从而将检测质量保持在相对于支撑结构的预定位置(即，零位)。在加速度计的下表面上的薄膜导线提供与电容传感器板和力再平衡线圈的电连接。可通过电子设备基于关于电容器极板的电容变化或者力再平衡线圈中的电流增加来确定施加在加速度计组件上的加速度，从而将检测质量维持在零位。
【发明内容】
[0003]总体上，本公开涉及可通过减小力和/或应变对加速度计组件中的检测质量的作用而减小加速度计组件的加速度测量中的滞后(即，不能返回到零位)的技术和装置。例如，加速度计组件中的滞后可以是在将力和/或热应变施加在加速度计组件上然后去除之后在加速度计组件内部的变形或应变。由于热膨胀系数不匹配以及环氧树脂粘接结合在负荷下的非弹性行为，因而加速度计组件中的应变会积累。例如，根据本公开的技术而构成的加速度计可包括多个凸起垫片，这些凸起垫片可构造成将定子和腹带的应变与加速度计隔离。在一个例子中，具有位于检测质量的挠曲部与支撑结构的外部之间的垫片挠曲部的凸起垫片可将力和/或应变与由于定子加热和冷却所导致的定子的弯曲机械隔离。在另一个例子中，在组装加速度计组件之后，可将位于检测质量挠曲部与支撑结构外部之间的凸起垫片去除，从而将检测质量的挠曲部与定子的该部分完全隔离。
[0004]在另一个例子中，本公开涉及一种制造加速度计组件的方法。该方法包括:将加速度计放置在第一定子与第二定子之间，其中加速度计包括多个特征，将第一定子和第二定子压缩到加速度计上，将腹带附接到第一定子和第二定子，以及将至少一个凸起垫片隔离；所述多个特征包括:检测质量、限定一个平面且构造成支撑检测质量的支撑结构、构造成将检测质量挠性地连接到支撑结构的挠曲部、和多个凸起垫片；这些多个凸起垫片包括位于挠曲部与支撑结构外部之间的至少一个凸起垫片，其中至少一个凸起垫片构造成是可隔离的。
[0005]在另一个例子中，本公开涉及一种装置，该装置包括:检测质量、围绕检测质量并且限定一个平面且构造成支撑检测质量的支撑结构、将检测质量连接到支撑结构的挠曲部(其中该挠曲部允许检测质量在由支撑结构所限定的平面附近运动)、和多个凸起垫片；其中至少一个凸起垫片位于挠曲部与支撑结构的外部之间，并且其中至少一个凸起垫片构造成是可隔离的，其中该装置是由整体材料构成。
[0006]在一个例子中，本公开涉及一种制造加速度计的方法。该方法包括:用光刻胶将材料掩蔽从而限定多个特征，和对材料进行处理从而在材料上形成多个特征；所述多个特征包括:检测质量、限定平面且构造成支撑检测质量的支撑结构、构造成挠性地将检测质量连接到支撑结构的挠曲部、和多个凸起垫片；这些多个凸起垫片包括位于支撑结构上并且位于检测质量的挠曲部与支撑结构的外部之间的至少一个凸起垫片，其中所述至少一个凸起垫片构造成是可隔离的。
[0007]在附图和以下的描述中陈述了本公开的一个或多个例子的细节。从描述和附图以及从权利要求，本公开的其它特征、目的和优点将是显而易见的。
【附图说明】
[0008]图1是图解说明根据本文中所描述的技术的加速度计的俯视图的示意图。
[0009]图2是图解说明根据本文中所描述的技术的加速度计的另一个俯视图的简图。
[0010]图3示出了根据本文中所描述的技术在形成加速度计的过程中的材料的一个例子。
[0011]图4A-图4B示出了根据本文中所描述的技术的加速度计的形成过程中的材料的例子。
[0012]图5A-图5B示出了根据本文中所描述的技术的加速度计的形成过程中的材料的例子。
[0013]图6是图解说明具有在制造期间所导致的力和/或应变的加速度计组件的剖视图的示意图。
[0014]图7是图解说明在构造并且已将凸起垫片去除之后的加速度计组件的剖视图的示意图。
[0015]图8是图解说明根据本文中所描述的技术用于制造加速度计的示例操作的流程图。
[0016]图9是图解说明根据本文中所描述的技术用于制造加速度计组件的示例操作的流程图。
【具体实施方式】
[0017]导航系统和定位系统依赖于加速度计执行操作的精度。加速度计中的滞后(S卩，不能返回到零位)会导致这些系统的位置或位置信息中的误差积累，这会影响系统的操作。加速度计组件测量加速度计自身相对于惯性参考坐标系的加速度。具有在加速度计上方和下方的定子(例如，磁结构)的加速度计组件可构成电容传感器系统。例如，当由于加速度计组件的加速度而使检测质量发生位移时，加速度计组件可以利用在检测质量顶部和底部上的电容器极板的电容变化来确定检测质量的位移。检测质量从零位发生位移时的量可与加速度计上的加速度事件的幅度成比例。另外地或可替代地，具有在加速度计上方和下方的定子以及位于检测质量任一侧上的力再平衡线圈的加速度计组件可构成力再平衡系统。例如，由加速度计组件的加速所产生的力将试图使检测质量位移。通过伺服装置将增加力再平衡线圈中的电流，以便通过把来自传感器的差动电容驱动至零，而维持检测质量的零位。力再平衡线圈中的电流增加提供用于维持检测质量的零位所需的反向作用力，并且电流的增加将与所施加的加速度成比例。
[0018]一些加速度计的精度可取决于构造期间的理想条件。例如，在理想条件下，加速度计组件中的加速度计(例如，石英或硅)和定子的材料是完全平的，并且在组装期间当把定子与加速度计压到一起时将不会产生应变。然而，在正常的制造条件下，加速度计和定子的材料通常不是完全地平的。换句话说，在组装期间加速度计被定子(例如，金属磁结构)压缩并且应变置于加速度计上，这会改变检测质量在加速度计内的位置，从而导致加速度计组件中的滞后。此外，当可应用腹带从而将加速度计与定子维持在压缩到一起的状态以形成加速度计组件时，压缩力将仍然作用于加速度计上。
[0019]一些加速度计的精度也会受到由于热应变所导致的滞后和偏移不稳定性(S卩，加速度计组件的物理结构中的变化)的限制。例如，偏移不稳定性会在加速度计组件的制造过程(尤其是加热和冷却过程)期间产生，并且可包括加速度计的检测质量位置和/或在加速度计的检测质量与加速度计组件的定子之间的电容间隙中的变化。例如，加速度计组件的定子、腹带、和环氧树脂可具有与加速度计材料不同的热膨胀系数，并且定子和腹带在被加热和/或冷却之后可改变它们的相对于加速度计的物理结构。
[0020]由于夹紧加速度计组件所产生的力和/或由于制造期间对加速度计组件加热和/或冷却所导致的热应变(例如，张力或压缩力)可能与所施加的加速度难以区分。例如，施加在加速度计上的压缩力可导致加速度计的检测质量发生位移，该位移可以是加速度的指示，即使未曾出现加速度。在一些例子中，在制造中的加速度计组件的加热和/或冷却期间所产生和缓解的热应变可导致加速度计的检测质量发生位移或者可改变在检测质量与加速度计组件的定子之间的电容间隙的距离，这可以是加速度的指示，即使未曾出现加速度。在其它例子中，压缩力和/或热应变可永久地改变加速度计组件的物理结构，这会导致加速度计的检测质量发生位移或者改变检测质量与加速度计组件的定子之间的电容间隙的距离，这可以是加速度的指示，即使未曾出现加速度。
[0021]在制造期间置于加速度计组件上的力和/或应变可导致加速度计组件的物理结构的永久变化。在加速度计组件的构造、稳定化和热建模完成之后，如果大的应力正在缓慢释放，那么加速度计组件的原始模型会不再准确地代表加速度计组件的行为。为了防止力和/或应变导致物理变化，本文中公开了可防止由于构造期间置于加速度计组件上的力和/或应变所导致的滞后(即，加速度计不能成功地返回到零位)并且使滞后最小化的技术和装置；所述力和/或应变可导致对检测质量位置和电容间隙的不依赖加速度的变化。例如，根据本公开的技术所构造的加速度计可包括在加速度计上的多个凸起垫片，以将检测质量与定子隔离。
[0022]在一些例子中，凸起垫片可构造有垫片挠曲部，该垫片挠曲部在径向方向上是薄的并且在圆周方向和垂直方向上是刚性的，以便将在制造期间由定子和腹带施加在加速度计上的力和/或应变隔离并使该力和/或应变最小化。在一些例子中，多个凸起垫片中的至少一个可构造成通过剪下至少一个凸起垫片的垫片挠曲部是可去除的。在一些例子中，至少一个凸起垫片构造成是可去除的，从而使至少一个凸起垫片能够通过垫片烧曲部而提供对制造期间的力和/或应变的机械隔离。在一些例子中，构造成是可去除的至少一个凸起垫片构防止定子改变检测质量与加速度计组件的定子之间的电容间隙。此外，在制造后去除至少一个凸起垫片提供检测质量与定子的进一步隔离，并且降低来自定子的力和/或应变使检测质量发生位移的可能性。在制造期间使用多个凸起垫片并且在制造后使用至少一个被隔离的凸起垫片的加速度计由于滞后的减小可提供制造后更准确的加速度测量。应当理解的是，正如本文中所公开，被隔离表示具有很少的接触到没有接触，并且在一些例子中，表示很大程度地被去除或排除。
[0023]根据本公开技术所构造的加速度计可由单一材料形成，这可降低制造期间的加热和冷却过程的影响，因为单体(例如，单一材料)加速度计具有一个膨胀系数。也就是说，与常规加速度计相比，这种