具有应变补偿的加速度计的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本公开涉及加速度计。
【背景技术】
[0002]加速度计通过检测或防止检验质量在惯性力下的位移而运行。在一个示例中，加速度计可通过连接在检验质量(proof mass)与支撑底座之间的双端音叉(DETF)的频率变化来检测检验质量的位移。在本示例中，DETF的尖齿可由压电材料或硅材料构成。DETF是谐振器，其被具体地设计成与由检验质量在加速度下施加的负荷成比例地改变频率。DETF谐振通过将DETF连接到振荡器的多个电极维持，其向DETF提供满足巴克豪森稳定性准则的能量。
【发明内容】
[0003]—般地，本公开针对可使得设备能够检测加速度计上的应变并补偿加速度计上的应变的设备、系统以及技术。例如，根据本公开的技术配置的加速度计可包括应变监视设备，其可被配置成检测和监视加速度计的应变。在一个示例中，可包括双端音叉(DEIF)的应变监视设备可随着加速度计上的应变改变而检测DETF的尖齿的频率变化，并向处理器提供关于频率变化的数据，其使得处理器能够针对加速度计上的变化的应变量补偿来自加速度计的加速度测量结果。
[0004]在某些示例中，应变监视设备的频率随着加速度计的应变(例如，张力(tens1n))增加而增加。相反地，应变监视设备的频率随着加速度计的应变(例如，压缩)减小而减小。在某些示例中，应变监视设备位于由加速度计定义的平面中。在某些示例中，应变监视设备由与加速度计相同的材料制成，使得应变监视设备与加速度计之间的膨胀系数几乎相同。
[0005]在一个示例中，本公开针对一种设备，其包括:检验质量;支撑底座，其被配置成支撑检验质量，其中，检验质量被配置成响应于设备的加速度而移位;弯曲部分，其被配置成将检验质量柔性地连接到支撑底座；以及应变监视设备，其被配置成测量支撑底座上的应变量。
[0006]在另一示例中，本公开针对一种方法，其包括:由处理器从加速度计接收加速度计上的应变量；由处理器从加速度计接收加速度计的加速度量；由处理器至少部分地基于加速度计上的应变量和加速度量来确定加速度计的已修改加速度值;并且由处理器输出已修改加速度值。
[0007]在另一示例中，本公开针对一种制造加速度计的方法，该方法包括:用光致抗蚀剂来掩蔽衬底;从衬底去除材料以形成多个特征，其中，所述多个特征包括检验质量、被配置成支撑该检验质量的支撑底座、被配置成将检验质量柔性地连接到支撑底座的弯曲部分，并且其中，所述多个特征本质上由所述材料构成；以及形成应变监视设备。
[0008]在附图和以下描述中阐述了本公开的一个或多个示例的细节。根据描述和附图以及根据权利要求，本公开的其它特征、对象以及优点将是显而易见的。
【附图说明】
[0009]图1是图示出根据本文所描述技术的加速度计系统的示例的框图。
[0010]图2是图示出根据本文所描述技术的包括在围绕位于支撑底座上的DETF的一个或多个尖齿的基础层上的一个或多个电极的加速度计的侧视图的框图。
[0011 ]图3—6是图示出根据本文所描述的技术的应变监视设备的示例的概念图。
[0012]图7A—7C是图示出根据本文所描述技术的包括应变监视设备的加速度计的示例性形成的框图。
[0013]图8是图示出根据本文所描述技术的使用包括应变监视设备的加速度计来补偿应变误差的示例性过程的流程图。
【具体实施方式】
[0014]加速度计测量加速度计本身相对于惯性参考系的加速度。具有双端音叉(DEIF)的加速度计与(多个)压电DETF和可移动检验质量相结合地使用电磁场来确定可移动检验质量的位移的变化。检验质量从中性位置的位移量可与入射在加速度计上的加速度的量值成比例。然而，某些加速度计的准确度随时间而漂移。这些不准确性可由偏置不稳定性引起，该偏置不稳定性由于加速度计的物理结构的变化所引起的设备的物理结构的变化而引起。这些变化可由于老化、应变或应变消除和/或时间相关热变化而发生，并且可包括检验质量位置的变化。
[0015]在设备构造期间由材料界面的应力消除引起的应变可能与加速度信号不可区别开。已构造并建模的加速度计的持久性问题是加速度计上的应变随着加速度计的构造中的应力消除而随时间改变。由于应变随时间可变，所以由性能算法随时间推移而生成的加速度计性能的模型可能未准确地表示加速度计的性能(behav1r)。为了防止应变随时间而变，某些示例性加速度计应用可包含监视温度或具有应变最小化机制的设备，并且该设备可被用来间接地补偿热应变。然而，这些示例性加速度计应用并不直接地测量加速度计上的应变量;此外，该应用未能解决在设备构造期间由材料界面的应力消除而引起的应变以及随时间推移的性能模型算法的累积不准确性。
[0016]在本文中公开了可通过至少检测应变并基于检测到的应变来调整生成的加速度值而补偿由于应变所引起的误差的技术和设备，该应变诸如由老化和/或热变化引起的应变。例如，根据本公开的技术配置的加速度计可包括应变监视设备，其可被配置成检测和监视加速度计的应变。在某些示例中，应变监视设备可提供信息，该信息可使得处理器能够调整测量的加速度并补偿加速度计的应变(例如，增加或减小的应变)。此类加速度计可允许更好的性能模型算法，其可使得处理器能够更好地补偿置于加速度计上的应变，并提供更准确的加速度测量结果。
[0017]根据本公开的技术配置的加速度计可用单一材料创建，其可减少时间相关热循环和老化的影响，因为整体式(例如，单一材料)加速度计具有一个膨胀系数。也就是说，此类加速度计与常规加速度计相比可更少地经受偏置不稳定性，并且可更加稳定。此外，根据本公开的技术配置的加速度计可允许以较小的轮廓且以降低的成本来创建更准确的加速度计，因为显著地减少了对防止来自构造和附加材料的应变的需要。
[0018]图1是图示出根据本文所述技术的加速度计系统20的示例的框图。在图1的示例中，加速度计系统20包括加速度计I和处理器18。在图1的示例中，加速度计I包括检验质量
2、尖齿4A—4D(共同地“尖齿4”)、弯曲部分6、应变监视设备8A和8B(共同地“应变监视设备8”)、支撑底座10、系绳12、电极14A和14B以及谐振器16A和16B及连接38A和38B。加速度计I在图1中仅仅出于说明的目的被示为振梁加速度计(VBA)，并且应设想应变监视设备8可与任何加速度计设备一起使用，包括但不限于硅振荡加速度计或能够测量加速度的任何其它设备。在某些示例中，加速度计I可以是微机电系统(MEMS)加速度计。
[0019]检验质量2被配置成响应于加速度计I的加速度而移位。在某些示例中，检验质量2可由于加速度计I的加速度而绕着由支撑底座10定义的平面移动。在某些示例中，检验质量2由压电材料制成，该压电材料诸如石英(Si02)、块磷铝矿(A1P04)、磷酸镓(GaP04)、热盐(thermaline)、钛酸钡(BaTi03)或锆钛酸铅(PZT)、氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)等。在其它示例中，检验质量2由硅制成。在某些示例中，检验质量2可由于可选系绳12而仅在由支撑底座10定义的平面中移动。
[0020]尖齿4能够实现通过由于尖齿4上的力的变化而引起的其谐振频率的变化来检测加速度计I中的力的量(例如，力的增加或减小)ο在某些示例中，尖齿4由压电材料制成，该压电材料诸如石英(Si02)、块磷铝矿(A1P04)、磷酸镓(GaP04)、热盐(thermaline)、钛酸钡(BaTi03)或锆钛酸铅(PZT)、氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)等。在其它示例中，尖齿4由硅材料制成。在某些示例中，尖齿4可以是谐振器16A和16B的一部分。例如，尖齿4可以是双端音叉(DETF)的一部分。在某些不例中，尖齿4可在被置于由相应的振荡器电路生成的电场中时将振动保持在谐振频率处。在本示例中，在谐振频率下振动的尖齿4在力(例如，压缩或张力)被置于尖齿4上时还可具有频率的变化。在某些示例中，尖齿4被多个电极围绕。例如，所述多个电极可邻近于尖齿4和/或在尖齿4下面。在这些示例中，尖齿4可与相应的振荡器电路相组合地在由所述