具有应变补偿的加速度计的制作方法_3

文档序号:9842880阅读:来源:国知局
加速度计I的加速度量的数据。在这些示例中,处理器18可使用来自加速度计I的数据以基于加速度计I上的应变量和加速度计I的加速度量来确定已修改加速度值。
[0033]在图1的示例中,谐振器16A和16B被连接在检验质量2与支撑底座10之间,并且应变监视设备8被邻近于谐振器16A和16B以及弯曲部分6定位。在某些示例中,应变监视设备8的距离应足够接近以检测施加于谐振器16A和16B的应变的变化,但是并非如此接近以致于有害地影响加速度计的运行。例如,等于千分之十英寸或更大的距离应足够防止激励应变补偿器的电场与向处理器18返回加速度信号的(多个)引线相干扰。虽然在图1中未示出,但在某些示例中,外壳结构可围绕加速度计I,并且可被附着到支撑底座10。
[0034]应变监视设备8可通过例如监视应变诱发的DETF的频率变化来监视应变加速度计
I。在某些示例中,可将应变监视设备8的应变诱发频率变化结合到被用来确定加速度计的测量加速度的性能模型算法中。通过将应变监视设备8的应变诱发频率变化引入到性能算法中,性能可获得附加的自由度,使得加速度计的另一维度(例如,独立参数)是已知的,使得性能算法能够减少或消除由于应变对加速度计I的影响而引起的加速度测量结果的退化。
[0035]换言之,通过将应变监视设备8的频率变化结合到确定由加速度计I检测到的加速度的性能算法中,该性能算法具有少了一个的未知变量。在某些示例中,可在没有围绕应变监视设备8的隔离机构的情况下进行应变变化的应变测量的直接测量。在其中期望减小应变监视信号的振幅的情况下,可通过使用一个或多个柔性悬臂和/或弹簧将应变监视设备8隔离到可调整的程度。在其中期望减小应变监视信号的振幅的其它示例中,可通过零标距配置来将应变监视设备8与热效应隔离(例如,其中,应变监视设备8的长度拒绝任何热效应)。
[0036]在某些示例中,应变监视设备8的取向(例如,方向)可基于应变最有可能在加速度计I上发生的地方。在图1的示例中,第一应变监视设备8A可在垂直于DETF 16A和16B的阈值度数内(例如,在75°与105°之间,在垂直的加或减15度内等),并且DETF 16A和16B可在相互平行的阈值度数内(例如,在165°与195°之间、在平行的加或减15度内等)。在某些示例中,应变监视设备8的最灵敏方向可精确地垂直于所施加应变。例如,就此角度改变所达到的程度来说,灵敏度将被减小该角的余弦,这可允许进一步调整灵敏度。在某些示例中,第二应变监视设备8B可在平行于DETF 16A和16B的阈值度数内(例如,在165°与195°之间、在平行的加或减15度内等)。在某些示例中,应变监视设备8的灵敏轴的放置和方向可取决于加速度计如何和在哪里被附着到支撑机构和结果得到的应变如何通过加速度计I传播。在某些示例中,基于将加速度计I附着到外壳的方式,可以使用应变图案来对应变监视设备8进行定向。
[0037]可根据本公开的技术来配置加速度计以提供更好的性能模型算法,其可使得处理器18能够更好地补偿置于加速度计上的应变。一般地,加速度计I包括安装应变、膨胀系数以及环氧树脂,其可随时间推移而改变其状态。然而,由于安装应变、膨胀系数以及环氧树脂的状态可改变,所以加速度计I的应变也可改变,其可使加速度计的原始模型偏移。通过提供诸如应变监视设备8之类的一个或多个应变监视设备,可存在加速度计校准的量的减小。此外,应变监视设备8可检测加速度计I的材料中的应变,其还可提供实际应变的更准确确定而不是使热应变的效果最小化。
[0038]在图1的示例中,加速度计I可被加速,这可引起检验质量2被移位,使得加速度计I能够测量加速度。一旦检验质量2移位,则谐振器16A和16B也移位(例如,随着检验质量2向左按下,谐振器16A具有压缩且谐振器16具有张力),这在每个谐振器16A和16B的尖齿4上生成力。金属化表面围绕每个谐振器16A和16B的尖齿4并被用作电极14A和14B。电极14A和14B可与相应的振荡器电路相组合地提供电场和/或电荷并将尖齿4的位置检测为相应的信号。
[0039]在图1的示例中,加速度计I还可在连接38A和38B处具有力,其可引起检验质量2移位,并引起加速度计I检测且指示加速度计I的假加速度。连接38A和38B处的力还可使加速度计I的性能退化,使得加速度计I不提供准确的加速度测量。在某些示例中,加速度计I可具有在构造期间创建的其结构中的任何地方的来自应变的应变消除,这可引起检验质量2移位,并引起加速度计I检测假加速度。该应变消除也可使加速度计I的性能退化,使得加速度计I不提供准确的加速度测量。
[0040] 一般地,随着在连接38A和/或38B处创建或消除应变,可创建或消除尖齿4上的相应应变,并且尖齿4的谐振频率可改变,并且该变化可指示加速度计I上的应变。随着在加速度计I中的任何地方创建或消除应变,也可创建或消除尖齿4上的应变,并且尖齿4的谐振频率可改变,使得该变化可指示加速度计I上的应变。在其它示例中,尖齿4的谐振频率可不改变,这可以是加速度计I上的应变的指示。
[0041 ]为了减少或消除加速度计I的性能退化,可使用诸如DETF(例如,如图3中所述的DETF 28)或电阻膜(例如,如图4中所述的应变监视设备80B)之类的至少一个应变监视设备8来检测和指示加速度计I的应变(例如,应变的增加或减小)。例如,随着在连接38A和/或38B处创建或消除力,也创建或消除DETF的尖齿4上的相应应变。电极14A和14B的金属化表面围绕DETF的尖齿4并被用作电极(例如,驱动和拾取电极)以提供图案化电场,以支撑尖齿4以其谐振频率振动,并将尖齿4的位置检测为信号。在某些示例中,电极14A和14B可在尖齿4下面。可与来自谐振器16A和16B的加速度的指示(例如,相应的尖齿位置拾取信号)相组合地使用来自应变监视设备8的应变的指示(例如,相应的尖齿位置拾取信号)以补偿加速度计I的加速度测量中的应变或应变消除。在某些示例中,处理器18可与相应的振荡器电路相组合地通过由电极(例如,该电极可类似于电极14A和14B)提供的信号从应变监视设备8接收应变或应变消除的指示。在某些示例中,处理器18可使用性能算法来确定已调整或已修改加速度测量,使得一个自由度(例如,独立参数)是加速度计I的应变的组合指示,并且另一自由度是加速度计I的加速度的组合指示。
[0042]图2是图示出根据本文所述技术的包括在围绕位于支撑底座60上的DETF的一个或多个尖齿的基础层64上的一个或多个电极的加速度计50的示例性侧视图的框图。在图2的示例中,加速度计50包括三个双端音叉(DETF)58、66A以及66B,其可分别地对应于如图1中所述的应变监视设备8以及谐振器16A和16B。在图2的示例中,加速度计50还包括支撑底座60,其可对应于如图1中所述的支撑底座1、基础层64、加速度电极68、应变电极70以及台面72A和72Bο虽然在图2中未示出,但是在某些示例中,外壳结构可围绕加速度计50,并且可在连接(诸如如图1中所述的连接38A和38B)处被附着到支撑底座60和/或基础层64。
[0043]基础层64可用台面72A和72B来向加速度计50的支撑底座60提供支撑。在某些示例中,基础层64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,基础层64由硅制成。在某些示例中,基础层64可与支撑底座60分开地构造。在某些示例中,可通过铜焊或诸如熔融结合之类的其它附着技术将基础层64附着到支撑底座60。
[0044]加速度电极68表示将形成位于DETF 66A和66B的尖齿下面且邻近于该尖齿的电极的基础层64的金属化表面。在某些示例中,可在具有遮罩的真空蒸发器中将加速度电极68金属化到基础层64上。在某些示例中,加速度电极可由诸如金之类的导电金属制成。在某些示例中,与相应的振荡器电路相组合的加速度电极68(例如,加速度电极68A、68B、68C、68D、68E、68F、68G以及68H)可提供图案化电场以引起DETF 66的尖齿以谐振
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