一种三轴微机械加速度计的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种三轴微机械加速度计，包括基板和固定安装在基板上的加速度计主体。其中加速度计主体包括质量块、z轴检测电极板以及平面检测单元；平面检测单元包括可动电极和固定电极，并与质量块相连；质量块通过支撑梁固定在基板上；z轴检测电极板固置在基板上对应于质量块的位置。本发明三轴加速度计采用变电容法实现加速度测量，抗干扰信号能力强，同时布线方式简单，信号耦合小，具有较高的信噪比。本发明三轴加速度计具有集成度高、工艺简单、适合大批量生产和成本低等优点；能实现良好的测量精度和灵敏度。
【专利说明】一种三轴微机械加速度计
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微机械加速度计，尤其涉及一种单结构三轴微机械加速度计。属于微机械系统(MEMS)领域。
【背景技术】
[0002]作为一种惯性器件，加速度计广泛应用于航空航天、自控和振动测试等领域，随着MEMS技术的发展，采用MEMS技术设计和制作的微机械加速度计具有体积小、集成度高、可靠性高和成本低的优点，在军事和民用领域具有广阔的应用前景，如汽车、导航、生物和医疗器械领域。
[0003]传统三轴加速度计是将三个分立单轴加速度计三轴正交组装在一起构成三轴测量的组合装置，这种组合方式不利于三轴加速度计的微小化程度。专利号为200710061738和201110319018.4的中国专利公开了两种基于压阻效应的单结构三轴微加速度计，该加速度计通过弹性支撑梁支撑质量块，通过测量质量块振动引起的压敏电阻的变化来检测加速度的大小。由于采用压阻检测，在信号处理时首先需要将电阻变化信号转换为电流信号，当加速度计尺寸进一步变小时，容易受到信号干扰，因而不利于提高加速度计的测试精度。专利号为CN101133332A的中国专利公布了一种基于电容检测的三轴加速度计，但是该种加速度计结构复杂，因此加工工艺复杂，不利于降低其加工成本。
[0004]本发明采用变电容法实现加速度测量，抗干扰信号能力强，同时具有体积小、集成度高、功耗小、适合大批量生产和成本低等优点；能实现良好的测量精度和灵敏度。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种单结构三轴微机械加速度计，该加速度计通过变电容法实现加速度测量，具有抗干扰信号能力强，体积小、集成度高、功耗小、适合大批量生产和成本低等优点，能实现良好的测量精度和灵敏度。
[0006]本发明是通过如下技术方案实现的:
一种三轴微机械加速度计，包括基板和固定安装在基板上的加速度计主体。所述加速度计主体包括质量块、z轴检测电极板以及平面检测单元；所述平面检测单元与质量块相连；所述质量块通过支撑梁固定在基板上；所述z轴检测电极板固置在基板上对应于质量块的位置。
[0007]在上述单轴加速度计中，所述质量块包括质量块I和质量块2，所述支撑梁包括支撑梁I和支撑梁2 ;所述支撑梁I和支撑梁2分布在同一条直线上，且分别一端固定在基板上，另外一端与质量块相连；所述质量块I和2分布在支撑梁的两侧，并且质量块I和2的结合处与支撑梁相连。
[0008]在上述单轴加速度计中，所述z轴检测电极板包括z轴检测电极板I和z轴检测电极板2，所述z轴检测电极板I和2分别分布在基板上对应于质量块I和质量块2的位置。
[0009]在上述单轴加速度计中，所述平面检测单元包括可动电极、固定电极和框架；所述可动电极包括可动电极I和可动电极2，且可动电极I和可动电极2固定在框架上；所述可动电极I在平行于基板的平面内沿X轴方向布置，所述可动电极2在平行于基板的平面内沿I轴方向布置；所述固定电极包括固定电极I和固定电极2 ;所述固定动电极I在平行于基板的平面内沿X轴方向布置，所述固定电极2在平行于基板的平面内沿y轴方向布置；所述固定电极固置在基板上。
[0010]本发明与现有技术相比有如下有益效果:
(1)本发明三轴陀螺仪采用变电容法实现加速度测量，测量灵敏度高，抗干扰能力强；同时布线方式简单，信号耦合小，提高了信噪比，能实现较高的测量精度；
(2)本发明三轴加速度计结构紧凑，体积小、集成度高，可大幅度减小加速度计体积和重量，具有广泛的应用前景；
(3)本发明陀螺仪制作工艺简单、成本低廉、具有较高性能，适合大批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明三轴微机械加速度计的立体结构示意图。
[0012]图2为本发明三轴微机械加速度计立体结构侧视图。
[0013]图3为本发明三轴微机械加速度计结构层示意图。
[0014]图4为本发明三轴微机械加速度计基板的主视图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述:
如图1和图2所示为本发明单结构微机械三轴加速度计的立体结构示意图及其侧视图，三轴微机械加速度计包括基板I和固定安装在基板I上的加速度计主体2。加速度计主体2包括质量块3、z轴检测电极板4和平面检测单元，其中平面检测单元包括由可动电极6a和固定电极7a组成的y轴检测电容器和由可动电极6b和固定电极7b组成的x轴检测电容器。平面检测单元与质量块3相连，并且通过支撑梁5固定在基板上。Z轴检测电极板4固定在基板I上对应于质量块3的位置。
[0016]如图3为本发明单结构微机械三轴加速度计结构层示意图，由图可知质量块3包括质量块3a和质量块3b，支撑梁5包括支撑梁5a和支撑梁5b，并且支撑梁5a和5b分布在同一条直线上；支撑梁5a和5b分别由一端固定在基板I上，另一端与质量块3相连。质量块3a和3b分布在支撑梁5的两侧，并且其结合处与支撑梁5相连。平面检测单元包括可动电极6、固定电极7以及框架9 ;可动电极6包括可动电极6a和可动电极6b，并且可动电极6a和6b固定在框架9上；所述可动电极6a在平行于基板I的平面内沿x轴方向布置，所述可动电极6b在平行于基板I的平面内沿y轴方向布置；固定电极7包括固定电极7a和固定电极7b,所述固定动电极7a在平行于基板I的平面内沿x轴方向布置,所述固定电极7b在平行于基板I的平面内沿y轴方向布置；所述固定电极7固置在基板I上。
[0017]如图4所示，在基板I上对应于质量块3的位置制作金属层，形成z轴检测电极板
4。Z轴检测电极包括检测电极4a和检测电极4b，分别分布在基板I上对应于质量块3a和3b的位置。
[0018]以上所述，仅为本发明最佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0019]本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
【权利要求】
1.一种三轴微机械加速度计，其特征在于:包括基板(I)和固定安装在基板(I)上的加速度计主体(2);所述加速度计主体(2)包括质量块(3)、z轴检测电极板(4)以及平面检测单元，包括平面X轴检测单元和平面I轴检测单元；所述平面检测单元与质量块(3)相连；所述质量块(3 )通过支撑梁(5 )固定在基板上；所述z轴检测电极板(4 )固置在基板(I)上对应于质量块(3)的位置。
2.根据权利要求1所述的一种三轴微机械加速度计，其特征在于:所述质量块(3)包括质量块I (3a)和质量块2 (3b)，所述支撑梁(5)包括支撑梁I (5a)和支撑梁2 (5b);所述支撑梁I (5a)和支撑梁2 (5b)分布在同一条直线上，且分别通过其一端固定在基板(I)上，另外一端与质量块(3)相连；所述质量块I (3a)和2 (3b)分布在支撑梁(5)的两侧且相互连接在一起，质量块I (3a)和2 (3b)的结合处与支撑梁(5)相连。
3.根据权利要求1和权利要求2所述的一种三轴微机械加速度计，其特征在于:所述z轴检测电极板(4)包括z轴检测电极板I (4a)和z轴检测电极板2 (4b),所述z轴检测电极板I (4a)和2 (4b)分别分布在基板(I)上对应于质量块I (3a)和质量块2 (3b)的位置。
4.根据权利要求1和权利要求2所述的一种三轴微机械加速度计，其特征在于:所述平面检测单元包括可动电极(6 )、固定电极(7 )和框架(9 );所述可动电极(6 )包括可动电极1(6a)和可动电极2 (6b),且可动电极I (6a)和可动电极2 (6b)固定在框架(9)上；所述可动电极I (6a)在平行于基板(I)的平面内的法线方向平行于y轴方向，所述可动电极2(6b)在平行于基板(I)的平面内的法线方向平行于X轴方向；所述固定电极(7)包括固定电极I (7a)和固定电极2 (7b);所述固定动电极I (7a)在平行于基板(I)的平面内的法线方向平行于y轴方向，所述固定电极2 (7b)在平行于基板(I)的平面内的法相方向平行于X轴方向；所述固定电极(7)固置在基板(I)上。
【文档编号】G01P15/125GK104198764SQ201410481613
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月20日 优先权日:2014年9月20日
【发明者】滕金燕 申请人:滕金燕