CN105866470A - 一种一体式石英双振梁加速度计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种一体式石英双振梁加速度计,包括质量块和振梁,所述质量块通过折叠梁与固定框连接,所述振梁包括左振梁和右振梁,且所述左、右振梁与质量块构成反对称关系,所述左振梁的一端通过转接块与质量块连接,另一端通过转接块与固定框连接;所述右振梁的一端通过转接块与质量块连接,另一端通过转接块与固定框连接,所述左、右振梁均包括两根振梁,且两根振梁的极性相反。本发明采用一体式石英双振梁加速度计采用一个质量块,两对双振梁,采用MEMS工艺一体成型,相比分体式具有结构紧凑、免装配、易加工的特点,另外采用双振梁,可以避免真空封装,在使用中更加稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及微电子机械***技术领域,特别涉及一种一体式石英双振梁加速度计。
背景技术
石英振梁加速度计是一种利用石英振梁的力-频特性敏感惯性力的MEMS惯性传感器,具有直接数字输出、偏置稳定性好、刻度因数稳定性好、量程设计灵活等优点,可广泛用于战术导弹姿态控制、惯性导航,地球资源勘探等领域,有着重要的军用价值和名用价值。
目前的石英振梁加速度计主要分为一体式和分体式,分体式结构典型代表为Honeywell公司的RBA500,由石英双梁振梁与金属质量块组成,需精密装配,面临不同材料热失配以及胶老化的问题,长期稳定性和可靠性较差。一体式结构以法国ONERA设计的结构为典型代表,振梁与质量结构全部由石英材料组成,具有结构紧凑,一体成型的优点,但采用单振梁,需要真空封装,使用中真空度的改变会影响器件的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一体式石英双振梁加速度计,本发明采用双振梁,可以避免真空封装,在使用中更加稳定可靠。
为解决以上技术问题,本发明提供如下技术方案:一种一体式石英双振梁加速度计,包括质量块和振梁,所述质量块通过折叠梁与固定框连接,所述振梁包括左振梁和右振梁,且所述左、右振梁与质量块构成反对称关系,所述左振梁的一端通过转接块与质量块连接,另一端通过转接块与固定框连接;所述右振梁的一端通过转接块与质量块连接,另一端通过转接块与固定框连接,所述左、右振梁均包括两根振梁,且两根振梁的极性相反。
优选地,左振梁的两根梁前表面分别镀有金属电极;右振梁的两根梁前表面分别镀有金属电极。
优选地,所述金属电极由两种不同极性的电极构成,所属金属电极包括中间电极、左侧电极和右侧电极,中间部分称为中间电极,所述中间电极的两侧分别是左侧电极、右侧电极;当所述中间电极为正极时,则左侧电极、右侧电极均为负极;反之,当所述中间电极为负极时,则左侧电极、右侧电极均为正极。
优选地,所述左振梁中两根振梁上金属电极的中间电极极性相反;所述右振梁中两根振梁上金属电极的中间电极极性相反。
优选地,所述质量块采用四根折叠梁结构,能够使质量块沿石英基片Y轴方向做同一平面内的运动。
优选地,左振梁的两根振梁之间的间距可根据设计要求变化,另外,两根振梁分别与质量块、固定框之间的距离可根据设计要求变化。
本发明采用一体式石英双振梁加速度计采用一个质量块,两对双振梁,采用MEMS工艺一体成型,相比分体式具有结构紧凑、免装配、易加工的特点,另外采用双振梁,可以避免真空封装,在使用中更加稳定可靠。
附图说明
图1为本发明一体式石英双振梁加速度计一种实施例的结构示意图;
图2为本发明一体式石英双振梁加速度计一种实施例的电极分布示意图。
图3为本发明不同极性的电极结构图。
图中:1质量块,2折叠梁,3固定框,4转接块,5A左振梁5A,5B右振梁5B,6金属电极,601中间电极,602左侧电极,603右侧电极,10第一金属电极、7第二金属电极、8第三金属电极,9第四金属电极。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1、3所示,一种一体式石英双振梁加速度计,包括质量块1和振梁,所述质量块1通过折叠梁2与固定框3连接,所述振梁包括左振梁5A和右振梁5B,且所述左、右振梁与质量块1构成反对称关系,所述左振梁5A的一端通过转接块4与质量块1连接,另一端通过转接块4与固定框3连接;所述右振梁5B的一端通过转接块4与质量块1连接,另一端通过转接块4与固定框3连接,所述左、右振梁均包括两根振梁,且两根振梁的极性相反。
左振梁5A的两根梁前表面分别镀有金属电极6;右振梁5B的两根梁前表面分别镀有金属电极6。
优选地,所述金属电极6由两种不同极性的电极构成,所属金属电极6包括中间电极601、左侧电极602和右侧电极603,中间部分称为中间电极601,所述中间电极的两侧分别是左侧电极602、右侧电极603;当所述中间电极601为正极时,则左侧电极602、右侧电极603均为负极;反之,当所述中间电极601为负极时,则左侧电极602、右侧电极603均为正极。
优选地,所述左振梁5A中两根振梁上金属电极6的中间电极极性相反;所述右振梁5B中两根振梁上金属电极6的中间电极极性相反。
优选地,所述质量块1采用四根折叠梁2结构,能够使质量块1沿石英基片Y轴方向做同一平面内的运动。
如图2所示,本发明装置的工作原理如下:金属电极6包括第一金属电极10、第二金属电极7、第三金属电极8和第四金属电极9,将交流电的正极加载在第一金属电极10,第三金属电极8的正极(即中间电极)上,第二金属电极7,第四金属电极9的负极(即左侧电极,右侧电极)上,将交流电的负极加载在第一金属电极10,第三金属电极8的负极(即左侧电极,右侧电极)上,第二金属电极7,第四金属电极9的正极(即中间电极)上;在驱动电压的作用下振梁起振,导致振梁在X轴方向弯曲振动,每对振梁的两根梁在振动时振动方向相反,可以抵消作用到转接板上的力,获得高的Q值,不需要真空封装。当加速度作用时,本发明的一体式石英双振梁加速度计敏感到Y轴方向的加速度变化,通过质量块将加速度转化为惯性力,由于石英晶体的力-频特性,振梁的固有频率会发生变化,当振梁受到压应力时,固有频率增大,当振梁收到拉应力时,固有频率减小。两对振梁一对受到压应力,另一对受到拉应力,通过检测两对振梁的频差信号,就可以实现加速度计敏感轴方向加速度的检测。
本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制,凡是在本发明构思的精神和原则之内,本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种一体式石英双振梁加速度计,包括质量块和振梁,其特征在于,所述质量块通过折叠梁与固定框连接,所述振梁包括左振梁和右振梁,且所述左、右振梁与质量块构成反对称关系,所述左振梁的一端通过转接块与质量块连接,另一端通过转接块与固定框连接;所述右振梁的一端通过转接块与质量块连接,另一端通过转接块与固定框连接,所述左、右振梁均包括两根振梁,且两根振梁的极性相反。
2.根据权利要求1所述的一体式石英双振梁加速度计,其特征在于,左振梁的两根梁前表面分别镀有金属电极;右振梁的两根梁前表面分别镀有金属电极。
3.根据权利要求2所述的一体式石英双振梁加速度计,其特征在于,所述金属电极由两种不同极性的电极构成,所属金属电极包括中间电极、左侧电极和右侧电极,中间部分称为中间电极,所述中间电极的两侧分别是左侧电极、右侧电极;当所述中间电极为正极时,则左侧电极、右侧电极均为负极;反之,当所述中间电极为负极时,则左侧电极、右侧电极均为正极。
4.根据权利要求3所述的一体式石英双振梁加速度计,其特征在于,所述左振梁中两根振梁上金属电极的中间电极极性相反;所述右振梁中两根振梁上金属电极的中间电极极性相反。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一体式石英双振梁加速度计,其特征在于,所述质量块采用四根折叠梁结构,能够使质量块沿石英基片Y轴方向做同一平面内的运动。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一体式石英双振梁加速度计,其特征在于,左振梁的两根振梁之间的间距可根据设计要求变化,另外,两根振梁分别与质量块、固定框之间的距离可根据设计要求变化。
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106771359A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-31 | 西安交通大学 | 一种石英一体式谐振加速度计 |
CN106771358A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-31 | 西安交通大学 | 一种微型差动式全石英谐振加速度计 |
CN109188022A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-11 | 北京航天控制仪器研究所 | 用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法 |
CN109239400A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-01-18 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一体式石英双振梁加速度计及制备方法 |
CN109254170A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-01-22 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一体式石英双振梁加速度计及制备方法 |
CN112379126A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-19 | 西安交通大学 | 一种复合量程石英谐振加速度传感器 |
CN113945733A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-18 | 北京星箭长空测控技术股份有限公司 | 一种石英加速度计固定装置及其固定方法 |
CN116364482A (zh) * | 2023-06-02 | 2023-06-30 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一体式高冲击石英微开关 |
CN116387094A (zh) * | 2023-06-02 | 2023-07-04 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一体式石英微开关 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999009384A1 (en) * | 1997-08-14 | 1999-02-25 | Alliedsignal Inc. | Vibrating beam force-sensors, accelerometers, rate sensors and methods of forming the same |
US20030010122A1 (en) * | 1996-06-11 | 2003-01-16 | Honeywell International, Inc. | Trim balancing of second-order non-linearity in double ended tuning fork resonators |
CN1656382A (zh) * | 2001-05-15 | 2005-08-17 | 霍尼韦尔国际公司 | 加速度计应变消除结构 |
US7024934B2 (en) * | 2003-10-31 | 2006-04-11 | Honeywell International, Inc. | Vibrating beam accelerometer |
CN1979175A (zh) * | 2005-12-01 | 2007-06-13 | 中国科学院电子学研究所 | 微机械硅谐振梁加速度计 |
US20110239440A1 (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-06 | Honeywell International Inc. | Methods for making a sensitive resonating beam accelerometer |
US20120192649A1 (en) * | 2011-02-02 | 2012-08-02 | Honeywell International Inc. | Mems vibrating-beam accelerometer with piezoelectric drive |
US8485032B2 (en) * | 2011-03-14 | 2013-07-16 | Honeywell International Inc. | Methods and apparatus for improving performance of an accelerometer |
CN205679635U (zh) * | 2016-05-05 | 2016-11-09 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种一体式石英双振梁加速度计 |
-
2016
- 2016-05-05 CN CN201610291353.0A patent/CN105866470A/zh active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030010122A1 (en) * | 1996-06-11 | 2003-01-16 | Honeywell International, Inc. | Trim balancing of second-order non-linearity in double ended tuning fork resonators |
WO1999009384A1 (en) * | 1997-08-14 | 1999-02-25 | Alliedsignal Inc. | Vibrating beam force-sensors, accelerometers, rate sensors and methods of forming the same |
CN1656382A (zh) * | 2001-05-15 | 2005-08-17 | 霍尼韦尔国际公司 | 加速度计应变消除结构 |
US7024934B2 (en) * | 2003-10-31 | 2006-04-11 | Honeywell International, Inc. | Vibrating beam accelerometer |
CN1979175A (zh) * | 2005-12-01 | 2007-06-13 | 中国科学院电子学研究所 | 微机械硅谐振梁加速度计 |
US20110239440A1 (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-06 | Honeywell International Inc. | Methods for making a sensitive resonating beam accelerometer |
US20120192649A1 (en) * | 2011-02-02 | 2012-08-02 | Honeywell International Inc. | Mems vibrating-beam accelerometer with piezoelectric drive |
US8485032B2 (en) * | 2011-03-14 | 2013-07-16 | Honeywell International Inc. | Methods and apparatus for improving performance of an accelerometer |
CN205679635U (zh) * | 2016-05-05 | 2016-11-09 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种一体式石英双振梁加速度计 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
周吴 等: ""静电刚度式谐振微加速度计设计"", 《传感器与微***》 * |
梁金星 等: ""Surface electrode configurations for quartz MEMS double-ended tuning fork resonator"", 《MICRO & NANO LETTERS》 * |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106771358A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-31 | 西安交通大学 | 一种微型差动式全石英谐振加速度计 |
CN106771359A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-31 | 西安交通大学 | 一种石英一体式谐振加速度计 |
CN109188022B (zh) * | 2018-09-28 | 2021-12-07 | 北京航天控制仪器研究所 | 用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法 |
CN109188022A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-11 | 北京航天控制仪器研究所 | 用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法 |
CN109239400A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-01-18 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一体式石英双振梁加速度计及制备方法 |
CN109239400B (zh) * | 2018-11-12 | 2024-02-09 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一体式石英双振梁加速度计及制备方法 |
CN109254170A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-01-22 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一体式石英双振梁加速度计及制备方法 |
CN109254170B (zh) * | 2018-11-30 | 2024-02-09 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一体式石英双振梁加速度计及制备方法 |
CN112379126A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-19 | 西安交通大学 | 一种复合量程石英谐振加速度传感器 |
CN113945733A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-18 | 北京星箭长空测控技术股份有限公司 | 一种石英加速度计固定装置及其固定方法 |
CN113945733B (zh) * | 2021-10-25 | 2024-05-24 | 北京星箭长空测控技术股份有限公司 | 一种石英加速度计固定装置及其固定方法 |
CN116364482A (zh) * | 2023-06-02 | 2023-06-30 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一体式高冲击石英微开关 |
CN116387094A (zh) * | 2023-06-02 | 2023-07-04 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一体式石英微开关 |
CN116387094B (zh) * | 2023-06-02 | 2023-08-25 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一体式石英微开关 |
CN116364482B (zh) * | 2023-06-02 | 2023-08-29 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一体式高冲击石英微开关 |
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