[发明专利]一种压电式微加速度传感器

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统领域，具体涉及一种压电式微加速度传感器，具有万向性，较高固有频率和较好的抗冲击特性。

背景技术

加速度传感器在很多不同的领域均有应用，如汽车、军工、航天航空、消费电子，医疗、工业等方面。有些加速度传感器需要在非常恶劣的环境下工作，如温度、强冲击、电磁干扰、暴露于多种化学物质中。该类型加速度传感器既需要在冲击过载等恶劣的环境过程中能够存活外，还要能正确接收冲击的信号。所以研制高安全过载、高量程、高触发灵敏度、抗干扰、低功耗的加速度传感器很有必要。压电式加速度传感器因其信噪比高，灵敏度高，响应频带宽，受外界干扰小，结构简单，寿命长，且无外部功能设备，在高冲击应用中受到高度重视。

压电式加速度传感器的工作原理是利用材料的压电效应，上下金属电极之间沉积一层压电层，通过悬臂梁或平面膜结构与下部质量块连接。当传感器受到力作用时，质量块会产生偏移，同时压电层会随之发生变形，压电层在发生应变的同时，将在上下两个电极间产生电荷。利用适当的外围电路将产生的电荷量转换为电压形式输出，根据此信号的大小，测出冲击力的大小，由牛顿第二定律得出加速度的值。对于悬臂梁结构，抗冲击能力较差，受到横向加速度发生扭转形变时容易遭到破坏。对于高冲击环境下的应用，抗冲击能力是很重要的指标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压电式微加速度传感器，使传感器的固有频率达到14kHz以上。对于高量程加速度传感器，抗冲击性是高量程加速度传感器的重要的参数指标，结构采用圆形结构，可以解决在高冲击下的强度问题。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明的压电式微加速度传感器，其特征是，所述的传感器包括敏感芯片、上玻璃板、下玻璃板；其中，敏感芯片含有第一上电极、第二上电极、第三上电极、第四上电极、第五上电极、第六上电极、第七上电极、第八上电极、第一压电层、第二压电层、第三压电层、第四压电层、第五压电层、第六压电层、第七压电层、第八压电层、第一下电极、第二下电极、第三下电极、第四下电极、第五下电极、第六下电极、第七下电极、第八下电极、支撑膜、外框、圆柱状的质量块；其连接关系是，所述的第一压电层、第三压电层、第五压电层、第七压电层与第二压电层、第四压电层、第六压电层、第八压电层分别构成内外两个圆环；第一上电极、第三上电极、第五上电极、第七上电极与第二上电极、第四上电极、第六上电极、第八上电极分别构成内外两个圆环；第二下电极、第三下电极、第六下电极、第七下电极与第一下电极、第四下电极、第五下电极、第八下电极分别构成内外两个圆环；所述的第一下电极、第二下电极、第三下电极、第四下电极、第五下电极、第六下电极、第七下电极、第八下电极设置于支撑膜上表面，并与支撑膜上表面固定连接；所述的第八压电层、第七压电层、第三压电层、第四压电层、第二压电层、第一压电层、第五压电层、第六压电层分别对应设置于第一下电极、第二下电极、第三下电极、第四下电极、第五下电极、第六下电极、第七下电极、第八下电极的上表面，并分别与第一下电极、第二下电极、第三下电极、第四下电极、第五下电极、第六下电极、第七下电极、第八下电极的上表面固定连接；所述的第一上电极、第二上电极、第三上电极、第四上电极、第五上电极、第六上电极、第七上电极、第八上电极分别对应设置于第一压电层、第二压电层、第三压电层、第四压电层、第五压电层、第六压电层、第七压电层、第八压电层的上表面，并分别与第一压电层、第二压电层、第三压电层、第四压电层、第五压电层、第六压电层、第七压电层、第八压电层的上表面固定连接。所述的质量块悬置于第二下电极、第三下电极、第六下电极、第七下电极构成的圆环之下，并与支撑膜固定连接。所述的支撑膜与外框固定连接。所述的敏感芯片与上玻璃板、下玻璃板通过键合连接。

所述的敏感芯片中的第一上电极、第三上电极、第五上电极、第七上电极构成的圆环的直径与第二下电极、第三下电极、第六下电极、第七下电极构成的圆环的直径相同；第二上电极、第四上电极、第六上电极、第八上电极构成的圆环的直径与第一下电极、第四下电极、第五下电极、第八下电极构成的圆环的直径相同。 

所述的质量块与第二下电极、第三下电极、第六下电极、第七下电极构成的圆环为同轴设置。