[发明专利]一种硅基差动石英加速度传感器

说明书

技术领域

本发明属于微机械电子技术领域，具体涉及一种硅基差动石英加速度传感器。

背景技术

高精度数字导航系统已经广泛应用在飞机、导弹、水下行驶等方面。具有频率输出特性的加速度传感器作为数字导航系统的重要组成部分，对其高精度、高分辨率的要求越来越严格。这类加速度计输出的是频率信号，没有数模转换带来的精度损失。此方面的传感器主要包括硅微谐振传感器和石英谐振加速度传感器。基于微机电系统的硅微谐振传感器加工工艺复杂，分辨率较低。此类加速度传感器一般是采用静电激励，其激励结构的设计更增加了工艺的复杂性，而且输出信号很微弱。采用石英结构的谐振传感器具有激励简单、品质因数高等优点。目前主要包括两种，一种是在一整片上加工出石英振动梁、惯性质量块等；另外一种是把石英音叉粘贴在基础上，音叉的一端与固定端相连，另外一端与惯性质量块相连。第一种结构紧凑，传感器体积小，但是存在自锁现象，而且没有过载保护结构。第二种的基础一般是采用传统工艺加工的，材料多为金属，尺寸稳定性不高，传感器体积大。

发明内容

为了克服上述现有谐振加速度传感器的缺点，本发明的目的在于提供一种硅基差动石英加速度传感器，具有体积小，重量轻，数字信号输出和分辨率高的优点，本发明采用差动结构设计，能够有效抑制温度等共模信号的影响。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种硅基差动石英加速度传感器，包括相对方向安装的两个硅基1和双端固定石英音叉3，硅基1由挠性硅梁2、质量块4组成，硅基1上的质量块4通过两个挠性梁2与硅基1相连；双端固定石英音叉3的一个支座13固定在硅基1的一端，另外一个支座13固定在质量块4上，双端固定石英音叉4的两个叉齿15通过固定端14与支座13相连，叉齿15四周覆有电极；硅基1夹在上过载保护板10和下过载保护板12中间，上过载保护板10由通孔7和上盲孔9组成，下过载保护板12有下盲孔8；硅基1、双端固定石英音叉3、上过载保护板10及下过载保护板12组成的结构置于电路板5的孔11中，双端固定石英音叉3通过金丝6穿过上过载保护板10的通孔7连接到电路板5。

所述的两个硅基1由同一个硅片加工出来。

所述的两个双端固定石英音叉3由同一个石英晶片加工出来。

所述的双端石英音叉3的两根叉齿15振动方向相反且在同一平面内。

本发明的双端固定石英音叉3存在逆压电效应，可以采用电路激励振动。当有加速度沿测量方向（SA）作用于由挠性硅梁2支撑的质量块4时，质量块4受惯性力作用产生位移，从而双端固定石英音叉3产生轴向拉（压）力，导致双端固定石英音叉3的振动频率发生变化。这种变化可以通过激励电路检测出来，实现对加速度信号的测量。本发明采用硅基1支撑双端固定石英音叉3，硅基1采用微机电系统工艺加工，所采用的两个硅基1的尺寸一致性很高，因此可以形成差动输出。该传感器具有频率输出，体积小，敏感度高、过载保护以及品质因数高等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的敏感结构示意图。

图3为上过载保护板的示意图。

图4为双端固定石英音叉示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的结构与工作原理详细说明。

参见图1，一种硅基差动石英加速度传感器，包括相对方向安装的两个硅基1和双端固定石英音叉3，硅基1由挠性硅梁2、质量块4组成，硅基1上的质量块3通过两个挠性梁2与硅基1相连，双端固定石英音叉3的一个支座13固定在硅基1的一端，另外一个支座13固定在质量块4上，双端固定石英音叉4的两个叉齿15通过固定端14与支座13相连，叉齿15四周覆有电极，硅基1夹在上过载保护板10和下过载保护板12中间，上过载保护板10由通孔7和上盲孔9组成，上盲孔9对质量块4起过载保护的作用，也给质量块运动提供所需的间隙，下过载保护板12有下盲孔8，下盲孔8在相对于上过载保护板10的相反方向上对质量块4起过载保护的作用，也给质量块运动提供所需的间隙，硅基1、双端固定石英音叉3、上过载保护板10及下过载保护板12组成的结构置于电路板5的孔11中，双端固定石英音叉3通过金丝6穿过上过载保护板10的通孔7连接到电路板5。

所述的两个硅基1由同一个硅片加工出来。

所述的两个双端固定石英音叉3由同一个石英晶片加工出来。

所述的双端石英音叉3的两根叉齿15振动方向相反且在同一平面内。