CN105866470A - 一种一体式石英双振梁加速度计 - Google Patents

一种一体式石英双振梁加速度计 Download PDF

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张照云
苏伟
唐彬
高杨
彭勃
陈颖慧
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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

一种一体式石英双振梁加速度计
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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