一种惯性测量器件及惯性测量系统的制作方法_2

文档序号:10055034阅读:来源:国知局
例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
[0041]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
[0042]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0043]在这里示出和讨论的所有例子中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0044]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0045]本实用新型为了解决现有惯性测量器件及对应的惯性测量系统存在的固定电极在芯片面积上消耗较大的问题,提供了一种新的惯性测量器件,如图1所示,本实用新型惯性测量器件包括衬底(图中未示出)、位于衬底上方的质量块1和固定在衬底上的锚定部3,该锚定部3位于质量块1的结构中心M0,该质量块1通过沿X轴延伸的两个弹性扭梁4连接在锚定部3上,具体为质量块1通过两个弹性扭梁4连接在锚定部3的侧壁上,且两个弹性扭梁4关于Y轴对称,此处的弹性扭梁4沿X轴延伸应理解为是弹性扭梁4的中线与X轴重合;其中,该X轴与Y轴在质量块1所在平面上相互垂直,且均经过结构中心M0,即X轴与Y轴相交于结构中心Μ0 ;该质量块1的位于Υ轴两侧的部分的质量相等,且位于X轴两侧的部分的质量不相等。以上结构使得质量块1的敏感方式为:当外界有沿X轴方向的加速度输入时,由于锚定部3位于质量块1的结构中心Μ0,弹性扭梁4沿X轴方向延伸,且质量块1的位于X轴两侧的部分的质量不相等,使得整个质量块1会以锚定部2为支点发生转动,从而使其对X轴方向的加速度信号敏感;当外界有沿Υ轴方向的加速度输入时,由于锚定部3位于质量块1的结构中心Μ0,弹性扭梁4沿X轴方向延伸,使得整个质量块1会在Υ轴方向上发生平移运动,从而使其对Υ轴方向的加速度信号敏感。
[0046]在上述结构基础上,本实用新型惯性测量器件还包括设置在衬底上的至少一个固定电极组,该固定电极组具有四个固定电极2,分别为固定电极2a、固定电极2b、固定电极2c和固定电极2d,该质量块1作为公共的可动电极与固定电极2a形成第一检测电容C12a、与固定电极2b形成第二检测电容C12b、与固定电极2c形成第三检测电容C12c、及与固定电极2d形成第四检测电容C12d ;其中,对于由同一固定电极组形成的四个检测电容C12a、C12b、C12c、C12d,该第一检测电容C12a与第二检测电容C12b、及第三检测电容C12c与第四检测电容C12d均构成X轴惯性信号检测的差分电容,即第一检测电容C12a与第二检测电容C12b、及第三检测电容C12c与第四检测电容C12d在质量块1绕锚定部3转动时的变化量相等,且变化方向相反;第一检测电容C12a与第四检测电容C12d、及第二检测电容C12b与第三检测电容C12c均构成Y轴惯性信号检测的差分电容,即第一检测电容C12a与第四检测电容C12d、及第二检测电容C12b与第三检测电容C12c在质量块1沿Y轴方向平移时的变化量相等,且变化方向相反。图1示出了在衬底上设置一个固定电极组的一种可供选择的实施例,在设置两个以上固定电极组时,只需按照上述要求配置即可。
[0047]利用本实用新型惯性器件需要分时进行X轴、Y轴惯性信号的检测,以图1所示的第一检测电容C12a与第二检测电容C12b在质量块1沿Y轴方向平移时的变化方向一致,且第一检测电容C12a与第四检测电容C12d在质量块1绕锚定部3转动时的变化方向一致为例,该分时检测原理为:
[0048]在进行Y轴惯性信号的检测时,将所有第一检测电容C12a和所有第二检测电容C12b并联,得到等效检测电容CY1,并将所有第三检测电容C12c和所有第四检测电容C12d并联,得到等效检测电容CY2,即将在质量块1沿Y轴方向平移时变化方向一致的检测电容并联在一起;由于第一检测电容C12a与第四检测电容C12d、及第二检测电容C12b与第三检测电容C12c均构成Y轴惯性信号检测的差分电容,因此,等效检测电容CY1与等效检测电容CY2将构成Y轴惯性信号检测的差分电容。在此,由于第一检测电容C12a与第二检测电容C12b、及第三检测电容C12c与第四检测电容C12d均构成X轴惯性信号检测的差分电容,因此,在将第一检测电容C12a与第二检测电容C12b并联后,第一检测电容C12a与第二检测电容C12b因X轴方向加速度产生的电容变化将相互抵消,使得等效检测电容CY1保持不变,同理,在将第三检测电容C12c与第四检测电容C12d并联后,第三检测电容C12c与第四检测电容C12d因X轴方向加速度产生的电容变化将相互抵消,使得等效检测电容CY2保持不变,所有这些即可保证在进行Y轴惯性信号检测时对X轴方向加速度不敏感。
[0049]在进行X轴惯性信号的检测时,将所有第一检测电容C12a和所有第四检测电容C12d并联,得到等效检测电容CX1,并将所有第二检测电容C12b和所有第三检测电容C12c并联,得到等效检测电容CX2,即将在质量块1绕锚定部3转动时变化方向一致的检测电容并联在一起;由于第一检测电容C12a与第二检测电容C12b、及第三检测电容C12c与第四检测电容C12d均构成X轴惯性信号检测的差分电容,因此,等效检测电容CX1与等效检测电容CX2将构成X轴惯性信号检测的差分电容。在此,由于第一检测电容C12a与第四检测电容C12d、及第三检测电容C12c与第二检测电容C12b均构成Y轴惯性信号检测的差分电容,因此,在将第一检测电容C12a与第四检测电容C12d并联后,第一检测电容C12a与第四检测电容C12d因Y轴方向加速度产生的电容变化将相互抵消,使得等效检测电容CX1保持不变,同理,在将第三检测电容C12c与第二检测电容C12b并联后,第三检测电容C12c与第二检测电容C12b因Y轴方向加速度产生的电容变化将相互抵消,使得等效检测电容CX2保持不变,所有这些即可保证在进行X轴惯性信号检测时对Y轴方向加速度不敏感。
[0050]由此可见,利用本实用新型惯性测量器件能够通过共用每个固定电极组的四个固定电极的方式实现X轴、Y轴惯性信号的检测,因此,其在同等芯片面积的情况下能够提高灵敏度,而在同等灵敏度的情况下则可以节省芯片面积,有利于芯片的小型化设计。
[0051]在本实用新型的一个具体的实施例中,为了使质量块1的位于X轴两侧的部分的质量不相等,可在质量块1的位于X轴一侧的部分设置减重孔101。该减重孔101可以为多个,呈矩阵分布。该减重孔101可以为通孔,在制作的时候,可通过刻蚀的方法形成;也可以为盲孔,可通过增加一层掩膜的方式进行刻蚀。在本实用新型的另一个具体的实施例中,也可以通过增加配重块以使质量块1的位于X轴两侧的部分的质量不相等。
[0052]在通过设置减重孔101使质量块1的位于X轴两侧的部分的质量不相等的实施例中,为了使质量块1的位于Y轴两侧的部分的质量相等,优选使减重孔101关于Y轴对称布置,这可使质量块1的位于Y轴两侧的部分的质心关于Y轴对称,进而进一步提高惯性测量器件的测量准确性。同理,在通过增加配重块使质量块1的位于X轴两侧的部分的质量不相等的实施例中,为了使质量块1的位于Y轴两侧的部分的质量相等,优选使配重块关于Y轴对称布置。
[0053]本实用新型的惯性测量器件,上述固定极板2可以采用本领域技术
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