专利名称：具有微分电容拾取的弯曲梁加速度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有微分电容拾取的弯曲梁加速度计。
背景技术：
微机电系统(MEMS)加速度计一般地包括悬垂的校验块，悬挂系统(挠曲)以及用于确定在加速度的影响下(F＝MA)该校验块的相对运动的方法。当保持导航目的所必须的性能时，持续的高震动环境对微机电系统(MEMS)加速度计产生显著的干扰。需要非常小的MEMS加速度计，以便经受高震动的环境。必须将用于MEMS加速度计的挠曲系统设计成将运动限制到唯一的传感轴。挠曲悬挂必须将来自环境压力和应变的影响最小化，同时具有足够的强度以允许在高震动环境中操作。历史上，在这些类型装置上需要应变隔离，以使传感器与安装应变隔离。经历的应变一般地归因于装置材料和安装材料之间的热膨胀系数(TCE)的差异。
单轴、悬垂、电容感应的MEMS加速度计以低成本用于高震动环境是非常普遍的。它们较小的整体几何尺寸对高震动包装是理想的，该高震动包装需要最小的尺寸。附图1说明用于支撑这些加速度计中的一个的悬垂块的扭转的挠曲。这样，出现了不需要的扭曲。而且，该扭转的挠曲使该悬垂块的重量下降，从而引入误差源。
因此，对悬垂的MEMS加速度计具有一种未满足的需要，即该加速度计具有改进的悬垂支撑且具有免于机械应变的更大隔离。
发明内容
本发明提供用于高震动环境的低成本、悬垂、电容感应的微机电系统(MEMS)加速度计。本发明减少非线性挠曲影响，由此产生更精确的加速度传感。
本发明的加速度计包括悬垂的校验块，一个或多个固定垫，以及与该悬垂的校验块和该一个或多个固定垫相连接的一个或多个挠曲。该挠曲相对于该悬垂的校验块线性挠曲。相对于该悬垂的校验块将第一和第二电容器板定位，以便根据感应的电容差异检测该校验块的运动。
在本发明的一个方面中，将一个或多个应变隔离梁连接在该一个或多个挠曲和该悬垂的校验块或该固定垫之间。该应变隔离梁保护该挠曲免于机械应变。
参照下面附图，详细地描述本发明的优选和可选实施方式。
附图1说明在先技术的扭转的挠曲，其用于悬垂的微机电系统(MEMS)加速度计；附图2是根据本发明形成的悬垂的MEMS加速度计的俯视图；附图3是附图2的加速度计的x射线图。
具体实施例方式
附图2说明根据本发明形成的单轴、悬垂、电容感应的微机电系统(MEMS)加速度计20。加速度计20包括悬垂的校验块22、一对悬臂式的挠曲梁24、应变隔离梁26a和26b和固定垫28。将挠曲梁24的每个末端近似垂直地连接于应变隔离梁26a和26b。与挠曲梁24连接的应变隔离梁26a中的一个在其末端被附连于相应的固定垫28，因此在梁26a和固定垫28之间产生槽。固定垫28被连接至容纳加速度计20的壳体(未示出)。连接于挠曲梁24的另一端的梁26b在梁26b的每一端处被连接至悬垂的校验块22，因此在第二梁26b和悬垂的校验块22之间产生槽。应变隔离梁26a和26b、挠曲梁24的贯穿挠曲可以保持机械力，如震动和加速力，其实质上与校验块22的纵轴平行，而没有造成对挠曲梁24的伤害。换句话说，槽将悬垂的校验块22的移动限制到小于加速度计20的组件的破坏应力。
在一个实施方式中，梁24、26a和26b由与校验块22相同的材料构成，并且具有与校验块22相同的厚度。这样，大大地简化了加速度计20的结构。
附图3说明加速度计20的x射线图。将挠曲梁24适当地连接于校验块22，以便产生具有第一和第二部分的悬垂的校验块22。换句话说，校验块22绕挠曲梁24上下运动，其与校验块偏移的方向具有线性关系。第一部分具有比第二部分更多的质量。电容器板40和42位于第一和第二部分后面的支撑结构上。校验块22的重心适当地偏离于校验块22的旋转轴，这是由悬臂式弯曲梁挠曲梁24的位置造成的。挠曲梁24具有足够的强度在相应的电容器板40和42上悬挂校验块22。当加速度发生时，校验块22在外部施加的过载(g-load)下偏转。第一电容器板40感应悬垂的校验块22的第一部分的电容。第二电容器板42感应悬垂的校验块22的第二部分的电容。通过测量两个电容器板40和42之间的电容差异，可以高精度地知道施加的加速度。
在本发明的一个实施方式中，在预定的操作过载范围(g-range)之上，校验块22偏转，并且接触减震器(未示出)，该减震器位于支撑结构上。
同样，通过隔离槽将固定垫28与校验块22隔离，以便将悬垂的校验块22的移动限制到小于加速度计20的组件的破坏应力。这样，固定垫28、支撑结构和校验块22之间的隔离槽，以及应变隔离梁26a、26b和校验块22之间的槽使加速度计20隔离于任何方向上的高震动运动。
应当理解，虽然本发明的例子显示，挠曲梁近似垂直于感应轴，但是可以将该挠曲梁放置在平行于或垂直于该校验块的平面的任何位置。
如上所述，虽然说明和描述了本发明的优选实施方式，但是在不脱离本发明的宗旨和范围的情况下任何改变可以被作出。因此，本发明的范围不受优选实施方式的公开的限制。代替之，应当完全地参照随后的权利要求确定。
权利要求
1.一种微机电系统加速度计，该加速度计包括悬垂的校验块；一个或多个固定垫；以及与该悬垂的校验块和该一个或多个固定垫连接的一个或多个挠曲梁，其中该挠曲具有与该校验块近似相同的厚度。
2.如权利要求1所述的加速度计，另外包括连接在该一个或多个挠曲与该悬垂的校验块或固定垫中至少一个之间的一个或多个应变隔离梁。
3.如权利要求2所述的加速度计，其中该应变隔离梁包括用于将该悬垂的校验块的移动限制到小于该加速度计的破坏应力的槽。
4.如权利要求1所述的加速度计，其中将该固定垫与该悬垂的校验块隔离，以便将该悬垂的校验块的移动限制到小于该加速度计的破坏应力。
5.如权利要求1所述的加速度计，另外包括第一和第二电容器板，其中将该第一电容器板相对于该悬垂的校验块的第一部分定位，并且将该第二电容器板相对于该悬垂的校验块的第二部分定位。
6.一种微机电系统加速度计，该加速度计包括悬垂的校验块；一个或多个固定垫；与该悬垂的校验块和该一个或多个固定垫连接的一个或多个挠曲梁，其中该挠曲具有与该校验块近似相同的厚度；以及连接在该一个或多个挠曲与该悬垂的校验块或固定垫中至少一个之间的一个或多个应变隔离梁，其中该应变隔离梁保护该挠曲免于机械震动，并且该固定垫与该悬垂的校验块隔离，以便保护该挠曲免于机械震动。
7.如权利要求6所述的加速度计，其中该应变隔离梁包括用于将该悬垂的校验块的移动限制到小于该加速度计的破坏应力的槽，并且该固定垫与该悬垂的校验块的隔离将该悬垂的校验块的移动限制到小于该加速度计的破坏应力。
全文摘要
提供一种低成本、悬垂、电容感应的微机电系统(MEMS)加速度计。该加速度计包括悬垂的校验块，一个或多个固定垫，以及与该悬垂的校验块和该一个或多个固定垫连接的一个或多个挠曲。该挠曲相对于该悬垂的校验块的运动线性挠曲。将第一和第二电容器板相对于该悬垂的校验块定位，以便根据感应的电容差异检测该校验块的运动。将一个或多个应变隔离梁连接在该一个或多个挠曲和该悬垂的校验块或该固定垫之间。该应变隔离梁保护该挠曲免受机械应变影响。
文档编号G01P15/08GK1764843SQ200480008023
公开日2006年4月26日 申请日期2004年3月26日 优先权日2003年3月26日
发明者D·L·马拉梅茨, R·D·霍尔宁, S·F·贝卡 申请人:霍尼韦尔国际公司