CN101865933A - 差分电容式加速度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种差分电容式加速度传感器包括相对设置的两个静电极、夹在两个静电极间的动电极和分别支撑静电极和动电极的框架，所述任意静电极设有四个分离设置的静电片，任意静电片设有侧墙且任意静电片的几何中心到相邻的静电片的几何中心的连线呈直角，动电极设有侧壁，任意静电片的侧墙分为靠近框体的近侧墙和远离框体的远侧墙，静电片的近侧墙到框体的距离不大于动电极的侧壁到框体的距离。本发明的差分电容式加速度传感器灵敏度高且制造成本低。

Description

差分电容式加速度传感器
【技术领域】
本发明涉及一种传感器结构，尤其涉及一种对相互正交的三个轴方向的加速度进行检测的差分电容式加速度传感器。
【背景技术】
基于微机电***的微机械惯性仪表以其体积小、成本低、可与接口电路集成等优点有着广泛的应用前景。
随着加速度传感器的不断发展，人们逐渐认识到差分电容式加速度传感器具有动态范围大、测试精度高的优点。相关技术的差分电容式加速度传感器均采用梳齿结构，这种梳齿结构灵敏度低、制造成本高。
因此，有必要提供一种改进的差分电容式加速度传感器满足应用的需求。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种灵敏度高且制造成本低的差分电容式加速度传感器。
本发明的目的是这样实现的：一种差分电容式加速度传感器，其包括相对设置的两个静电极、夹在两个静电极间的动电极和分别支撑静电极和动电极的框架，所述任意静电极设有四个分离设置的静电片，任意静电片设有侧墙且任意静电片的几何中心到相邻的静电片的几何中心的连线呈直角，动电极设有侧壁，任意静电片的侧墙分为靠近框体的近侧墙和远离框体的远侧墙，静电片的近侧墙到框体的距离不大于动电极的侧壁到框体的距离。
优选的，所述动电极呈方形。
优选的，所述静电片亦呈方形。
优选的，所述静电片呈扇形。
优选的，所述静电片的结构相同
本发明具有以下优点：本发明的差分电容式加速度传感器，动电极位于两个静电极之间且将每个静电极的静电片分隔设置来实现三轴差分结构，灵敏度高，没有梳齿结构，工艺简单成本低。
【附图说明】
图1为本发明差分电容式加速度传感器的立体图；
图2为本发明差分电容式加速度传感器的立体分解图；
图3为本发明差分电容式加速度传感器的部分剖视图；
图4为本发明差分电容式加速度传感器另一视角的部分剖视图；
图5为本发明差分电容式加速度传感器的透视图；
图6为图5所示C部分的放大图；
图7为本发明差分电容式加速度传感器的上静电极的主视图；
图8为本发明差分电容式加速度传感器的下静电极的主视图。
【具体实施方式】
下面结合附图，对本发明差分电容式加速度传感器作详细说明。
请参阅图1到图8所示，本发明的差分电容式加速度传感器100可检测三维的加速度，即X轴、Y轴和Z轴的加速度，其包括相对设置的两个静电极、夹在两个静电极间的动电极2和分别支撑静电极和动电极2的框架3。
所述两个静电极分为上静电极11和下静电极12，上静电极11和下静电极12的结构相同。任意静电极设有四个分离设置的且结构相同的静电片，任意静电片的几何中心到相邻的静电片的几何中心的连线呈直角。任意静电片设有侧墙13，任意静电片的侧墙13分为靠近框体3的近侧墙14和远离框体3的远侧墙15。
上静电极11设有支撑在框架3上的上支撑部115、位于上支撑部115内并与上支撑部115相隔一定间距的四个分离设置的且结构相同的第一上静电片C1、第二上静电片C2、第三上静电片C3和第四上静电片C4和分别连接上支撑部115和第一上静电片C1、第二上静电片C2、第三上静电片C3和第四上静电片C4的上连接部112。第一上静电片C1的几何中心标记为O1、第二上静电片C2的几何中心标记为O2、第三上静电片C3的几何中心标记为O3和第四上静电片C4的几何中心标记为O4。第一上静电片C1的几何中心O1到其相邻的第二上静电片C2的几何中心O2和第三上静电片C3的几何中心O3的连线呈直角；第二上静电片C2的几何中心O2到其相邻的第一上静电片C1的几何中心O1和第四上静电片C4的几何中心O4的连线亦呈直角。以此类推，不再赘述。
下静电极12设有支撑在框架3上的下支撑部125、位于下支撑部125内并与下支撑部125相隔一定间距的四个分离设置的且结构相同的第一下静电片C5、第二下静电片C6、第三下静电片C7和第四下静电片C8和分别连接下支撑部125和第一下静电片C5、第二下静电片C6、第三下静电片C7和第四下静电片C8的下连接部122。第一下静电片C5的几何中心标记为O5、第二下静电片C6的几何中心标记为O6、第三下静电片C7的几何中心标记为O7和第四下静电片C8的几何中心标记为O8。第一下静电片C5的几何中心O5到其相邻的第二下静电片C6的几何中心O6和第三下静电片C7的几何中心O7的连线呈直角；第二下静电片C6的几何中心O6到其相邻的第一下静电片C5的几何中心O5和第四下静电片C8的几何中心O8的连线呈直角。以此类推，不再赘述。
所述动电极2为一个整体，其设有上表面21、与上表面21相对的下表面22、连接上表面21和下表面22的侧壁23、自上表面21向下表面22贯穿的若干贯通孔24和自侧壁23向远离动电极2的中心延伸的弹性梁25。所述贯通孔24可降低动电极2的重量和运动过程中的阻尼；弹性梁25将动电极2与框体3相连。
静电片的近侧墙14到框体3的距离A不大于动电极2的侧壁23到框体3的距离B。
框体3为一中空的框架，本实施方式中，其呈方形。框体3也可为其它任何形状，如圆形。
本发明的原理如下：
当有X轴正方向的加速度作用在该差分电容式加速度传感器100上时，在惯性力的作用下，动电极2将会相对框体3运动，第一上静电片C1、第二上静电片C2、第一下静电片C5和第二下静电片C6电容减少，第三上静电片C3、第四上静电片C4、第三下静电片C7和第四下静电片C8电容增加；同理，当本发明的差分电容式加速度传感器100受到X轴负方向加速度时，第一上静电片C1、第二上静电片C2、第一下静电片C5和第二下静电片C6电容增加，第三上静电片C3、第四上静电片C4、第三下静电片C7和第四下静电片C8电容减少；当差分电容式加速度传感器100受到Y轴正方向的加速度时，第一上静电片C1、第三上静电片C3、第一下静电片C5和第三下静电片C7电容增加，第二上静电片C2、第四上静电片C4、第二下静电片C6和第四下静电片C8电容减少；反之，当差分电容式加速度传感器100受到Y轴负方向的加速度时，第二上静电片C2、第四上静电片C4、第二下静电片C6和第四下静电片C8电容增加，第一上静电片C1、第三上静电片C3、第一下静电片C5和第三下静电片C7电容减少。相应地，当差分电容式加速度传感器100受到Z轴正方向的加速度时，第一上静电片C1、第二上静电片C2、第三上静电片C3和第四上静电片C4的电容增加，第一下静电片C5、第二下静电片C6、第三下静电片C7和第四下静电片C8的电容减少；当差分电容式加速度传感器100受到Z轴负方向的加速度时，第一上静电片C1、第二上静电片C2、第三上静电片C3和第四上静电片C4的电容减少，第一下静电片C5、第二下静电片C6、第三下静电片C7和第四下静电片C8的电容增加。
本发明的差分电容式加速度传感器，X轴和Y轴通过改变动电极和静电极的重合面积实现电容的增加或减少，Z轴通过改变动电极和静电极之间的距离来实现电容的增加或减少。
本实施方式中，静电片呈矩形。其实静电片也可以为扇形或圆形。
本发明的差分电容式加速度传感器，动电极位于两个静电极之间且将每个静电极的静电片分隔设置来实现三轴差分结构，灵敏度高，没有梳齿结构，工艺简单成本低。
本发明的差分电容式加速度传感器通过接口电路对电容的变化量进行差分检测，就可以测得该加速度的大小。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (5)

1.一种差分电容式加速度传感器，其特征在于：所述差分电容式加速度传感器包括相对设置的两个静电极、夹在两个静电极间的动电极和分别支撑静电极和动电极的框架，所述任意静电极设有四个分离设置的静电片，任意静电片设有侧墙且任意静电片的几何中心到相邻的静电片的几何中心的连线呈直角，动电极设有侧壁，任意静电片的侧墙分为靠近框体的近侧墙和远离框体的远侧墙，静电片的近侧墙到框体的距离不大于动电极的侧壁到框体的距离。
2.根据权利要求1所述的差分电容式加速度传感器，其特征在于：所述动电极呈方形。
3.根据权利要求1所述的差分电容式加速度传感器，其特征在于：所述静电片亦呈方形。
4.根据权利要求1所述的差分电容式加速度传感器，其特征在于：所述静电片呈扇形。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的差分电容式加速度传感器，其特征在于：所述静电片的结构相同。
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