具有应变补偿的加速度计的制作方法_4

文档序号:9842880阅读:来源:国知局
频率振荡(例如,在平面内且异相)。在某些示例中,加速度电极68(例如,加速度电极68A、68B、68C、68D、68E以及68F)可检测指示DETF 66A和66B的尖齿的信号,并且信号的频率可指示尖齿的谐振频率。这样,与相应振荡器电路组合的加速度电极68可被配置成驱动DETF 66A和68B的尖齿并检测由从检验质量的位移接收到的力所引起的尖齿的谐振频率的变化。在某些示例中,加速度电极68可对应于如图1中所述的电极14A和14B。
[0045]应变电极70表示将形成位于DETF 58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应变电极70金属化到基础层64上。在某些示例中,应变电极70可由金制成。在某些示例中,与振荡器电路组合的应变电极70 (例如,应变电极70A—70F)可提供电场以使DETF 58的尖齿在谐振频率下振动(例如,在平面内且异相)。在某些示例中,应变电极70(例如,应变电极70A—70F)可检测到指示DETF 58的尖齿的信号,并且信号的频率可指示尖齿的谐振频率。这样,与振荡器电路组合的应变电极70可被配置成驱动DETF 58的尖齿并检测由从加速度计I中的应变创建或消除接收到的应变所引起的尖齿的谐振频率的变化。在某些示例中,加速度电极68可对应于如图1中所述的电极14A和14B。
[0046]台面72A和72B表示DETF 58、66A和66B的尖齿分别地与加速度电极68和应变电极70之间的必要的距离,因此DETF 58、66A以及66B的尖齿可自由地振动,同时仍保持来自加速度电极68和应变电极70的电场。在一个示例中,台面72A和72B使尖齿与其相应的电极分离千分之二至五英寸的距离。在另一示例中,台面72A和72B可具有等于尖齿厚度的高度。
[0047]图3—6是图示出根据本文所述的技术的应变监视设备80A—80D的示例的概念图。在图1的上下文内描述图3。在图3的示例中,应变监视设备80A包括具有尖齿24A和24B(共同地“尖齿24”)的双端音叉(DETF)28,其可对应于如图1中所述的尖齿4,并且可检测到加速度计I的应变(例如,应变的增加或减小)。在某些示例中,DETF 28可对应于如图1中所述的应变监视设备8,并且由压电材料制成,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,DETF 28由硅制成。在某些示例中,DETF 28可以是压阻的、结晶石英DETF或者具有硅构造。在某些示例中,DETF 28可检测到支撑底座10的应变。在某些示例中,DETF 28可类似于如图1中所述的(多个)谐振器16A和16B。在某些示例中,与应变电极70和相应振荡器电路相组合的DETF 28可以向如图1中所述的处理器18提供数字输出。
[0048]在某些示例中,DETF28的取向(例如,方向)可基于应变最有可能发生的地方。在某些示例中,DETF 28A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,DETF 28B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,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DETF 28进行定向。DETF 28还可具有诸如状态零之类的应变状态,其中,DETF 28在第一频率下振动。例如,如果对DETF 28施加张力(例如,加速度计I上的应变的增加),则频率从第一频率增加。相反地,如果向DETF28施加压缩(例如,加速度计I上的应变的减小),则频率从第一频率减小。
[0049]尖齿24之间的岛(island)包含电极,其将尖齿24的位置检测为信号,使得电场的任何变化是尖齿24上的应变的变化的指示。电极可对应于如图1中所述的电极14A和14B,并且被压电材料支撑,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。在某些示例中,该岛可在形成多个电极表面(例如,电极)的其表面上具有金属化。在某些示例中,电极可邻近于尖齿24定位,诸如千分之二至五英寸的距离,其可使得尖齿24能够自由地振动,同时与振荡器电路相组合可提供电场以引起尖齿24在其谐振频率下振动。在某些示例中,与振荡器电路相组合的尖齿24下面的电极可提供图案化电场以引起尖齿24在其谐振频率下振动。在其它示例中,在尖齿24下面的电极可将尖齿24的位置检测为信号以便检测尖齿24的谐振频率,并将检测到的信号提供给振荡器电路。在这些示例中,振荡器电路可将检测到的信号放大,并将已放大信号提供给电极以便保持尖齿24的谐振在平面内且异相。在这些示例中,振荡器电路还可独立地将检测到的信号放大并将已放大信号提供给如图1中所述的处理器18。
[0050]在图4的示例中,应变监视设备80B可包括电阻膜82的条。在图4的示例中,电阻膜82可以是沉积(例如,通过真空沉积来沉积)在加速度计I的表面上的金属化膜条。在图4的示例中,由应变监视设备80B检测到的应变与应变监视设备80B的电阻成比例。在某些示例中,可在其中需要检测应变的加速度计上的任何地方使用一个或多个应变监视设备80A。例如,可使用两个应变监视设备80B,其中,一个应变监视设备80B可沿着加速度计I的X轴定位,并且另一应变监视设备80A可沿着y轴定位,以检测加速度计I的X和y方向上的应变。[0051 ] 在图5A—5B的示例中,应变监视设备80C可包括具有弹簧84的双端音叉(DETF)86以降低应变灵敏度。在某些示例中,应变测量方法、特别是测量应变的DETF的使用(例如,如图4中所述的DETF 28)过于灵敏(例如,加速度计上的应变可明显大于检验质量上的力)而不能在被直接地安装到加速度计时使用。DETF 86可对应于如在图4中所述的DETF 28。弹簧84是部分地将DETF 86与加速度计隔离的材料(例如,石英或硅)的梁(beam)。在某些示例中,弹簧84可位于应变监视设备80C的一端处以允许调整应变灵敏度并提供指示加速度计上的应变量的被抑制输出。
[0052]在图5A的示例中,DETF 86和弹簧84并未处于应变下。在图5B的示例中,DETF 86和弹簧84两者处于应变下,并且弹簧84弯曲以抑制DETF 86上的应变,这降低DETF 86的灵敏度。在某些示例中,可在其中需要检测应变的加速度计上的任何地方使用一个或多个应变监视设备80C。例如,可使用两个应变监视设备80C,其中,一个应变监视设备80C可沿着加速度计I的X轴定位,并且另一应变监视设备80C可沿着y轴定位,以检测加速度计I的X和y方向上的应变。
[0053]在图6的示例中,应变监视设备80D可包括具有弹簧84A和84B以用于增加应变灵敏度降低的双端音叉(DETF)86。在某些示例中,应变测量方法、特别是测量应变的DETF(例如,如图4中所述的DETF 28)的使用过于灵敏(例如,加速度计上的应变可明显大于检验质量上的力)而不能在被直接地安装到加速度计时使用。DETF 86可对应于如图4中所述的DETF28。弹簧84A和84B可对应于如图5A—5B中所述的弹簧84。在图6的示例中,弹簧84A和84B可通过进一步抑制指示加速度计上的应变量的DETF 86的输出来降低DETF 86的灵敏度。在图6的示例中,弹簧84A和84B可允许可调谐应变响应以及来自弹簧84A和84B的质量的惯性效应的抵消。在某些示例中,可使用一个或多个应变监视设备80Dο例如,可使用两个应变监视设备80D,其中,一个应变监视设备80D可沿着加速度计I的X轴定位,并且另一应变监视设备80D可沿着y轴定位,以检测加速度计I的X和y方向上的应变。
[0054]图7A—7C是图示出根据本文所述技术的包括应变监视设
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