[发明专利]一种带耦合梁结构的单敏感质量元硅微二维加速度传感器

说明书

技术领域

本发明属于MEMS传感器技术领域，尤其涉及一种带耦合梁结构的单敏感质量元硅微二维加速度传感器。

 

背景技术

目前，单轴微型加速度传感器的技术比较成熟。但在一些特殊的应用场合，如飞行器姿态控制、导弹制导、战场机器人等，往往需要检测两个方向的加速度。如果仅仅采用早期的组合方式，即将两只单轴微型加速度传感器相互正交装配在一起，不仅传感器性能受装配精度的影响极大，而且存在集成度低、体积大、一致性差等问题。因此，二维集成式微型加速度传感器成为研究热点。

现有的二维集成式微型加速度传感器，无论是在同一基片上制作两个独立的加速度传感器，还是采用单敏感质量元实现对两个方向加速度的检测，都存在交叉干扰严重的问题。因此，抑制交叉干扰是二维集成式微型加速度传感器研制中需要重点解决的问题。

 

发明内容

针对二维集成式微型加速度传感器研制的关键技术问题，本发明提供了一种能有效抑制交叉干扰的带耦合梁结构的单敏感质量元硅微二维加速度传感器。

本发明采用了如下技术方案：一种带耦合梁结构的单敏感质量元硅微二维加速度传感器，包括基底、固定支撑、惯性质量块和梳齿电容结构；所述基底为矩形结构，在其四角处分别设有两根竖直向上的固定支撑；所述惯性质量块为矩形结构，悬空设置在基底的中部正上方，惯性质量块的四个角与基底的四个角一一对应，且基底各个角的两根固定支撑位于惯性质量块的对应角的两侧；以基底的左右为X轴方向，前后为Y轴方向；

所述惯性质量块的四侧的中部分别设有垂直于与该惯性质量块的侧边的凹槽，所述惯性质量块的四侧、且在相对应侧的两根固定支撑之间分别设有梳齿电容结构，四个梳齿电容结构相对于惯性质量块对称分布；

所述梳齿电容结构包括可动齿枢、固定齿枢、可动梳齿、固定梳齿、U形结构的耦合梁和U形结构的折叠梁；每个梳齿电容结构中的耦合梁为两个，分别以与惯性质量块对应侧边相垂直的方式插入该惯性质量块侧边的两个凹槽内，且耦合梁的开口向外；U形结构的耦合梁的一端连接在惯性质量块上，另一端连接在惯性质量块对应侧边外设置的可动齿枢上；所述可动齿枢的两端分别通过折叠梁连接在相对应侧的固定支撑上；所述可动齿枢两端的折叠梁开口相对，折叠梁的一端连接在可动齿枢的端部，另一端连接在对应侧的固定支撑上；所述可动齿枢上设有至少一个垂直于惯性质量块的对应侧边的可动齿枢外延板，所述可动齿枢外延板上均布设有数个平行于惯性质量块对应侧边的可动梳齿；所述固定齿枢设在可动齿枢的外侧，固定齿枢的底部固定在基底上，所述固定齿枢上设有至少一个垂直于惯性质量块对应侧边的固定齿枢外延板，所述固定齿枢外延板上均布设有数个平行于惯性质量块的对应侧边的固定梳齿；所述可动齿枢外延板上的可动梳齿分别与对应侧的固定梳齿交叉分布构成电容器；

所述惯性质量块左侧的可动梳齿和固定梳齿构成电容器C_x1；右侧的可动梳齿和固定梳齿构成电容器C_x2；惯性质量块后侧的可动梳齿和固定梳齿构成电容器C_y1；前侧的可动梳齿和固定梳齿构成电容器C_y2。电容器C_x1和电容器C_x2构成X方向的差分电容以检测X方向的加速度，电容器C_y1和电容器C_y2构成Y方向的差分电容以检测Y方向的加速度。

作为本发明的一种优选方案，所述可动梳齿与对应侧的固定梳齿形成定齿偏置结构。

作为本发明的又一种优选方案，所述梳齿电容结构还包括限位止挡，所述限位止挡为矩形框结构；所述可动齿枢外延板的外端部伸入矩形框结构的限位止挡内，可动齿枢外延板的外端部设有一可在矩形框结构的限位止挡内移动的限位板；所述限位板在对应的敏感方向上与矩形框结构的限位止挡的内侧之间的距离小于可动梳齿与相邻的固定梳齿之间的最小距离。

本发明提供的一种带耦合梁结构的单敏感质量元硅微二维加速度传感器，与现有技术相比，具有如下优点：

1、整体呈对称微结构，确保该传感器在两个检测方向的灵敏度一致；通过耦合梁连接惯性质量块与梳齿电容结构的齿枢，在实现惯性质量块敏感X、Y两个方向加速度并完成差分电容检测的同时，能有效抑制交叉干扰。