[发明专利]一种加速度计中的Z轴结构及三轴加速度计

说明书

技术领域

本发明属于微机电(MEMS)领域，更准确地说，涉及一种加速度计中的Z轴结构；本发明还涉及一种三轴加速度计。

背景技术

微机电加速度计是基于MEMS技术的惯性器件,用于测量物体运动的线运动加速度。它具有体积小、可靠性高、成本低廉、适合大批量生产等特点,因此具有广阔的市场前景,其应用领域包括消费电子、航空航天、汽车、医疗设备和武器等等。

目前三轴加速度计通常有两种实现方式，一种是拼凑的方法，将三个单轴结构或者一个双轴和一个单轴两个结构组合在一起实现三个轴向加速度的测量。第二种是采用单结构实现三轴加速度的测量。在单结构实现方案中一般通过偏心结构测量z轴加速度，在此种方案中除了z轴检测运动利用了结构的偏心特征，在平面内某一轴(如x轴或y轴)的检测运动也会受到结构偏心特征的影响，因而其运动实际为摆动而不是线运动，这种运动方式一方面会加剧轴间耦合，另一方面会减小电容变化量，从而大大降低了检测的精度。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种加速度计中的Z轴结构。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案是：一种加速度计中的Z轴结构，其特征在于，包括两个结构对称的惯性测量模块，每个惯性测量模块包括：

基板，以及位于基板上作为下电极的第一极片，

悬空在基板上方的质量块；所述质量块上设有与第一极片组成Z轴检测电容的上电极；

用于连接基板和质量块的弹性十字梁，所述弹性十字梁包括位于X轴方向上的第一弹性梁以及位于Y轴方向上的第二弹性梁，其中，第二弹性梁的两端连接在基板的锚点上，第一弹性梁的两端连接质量块，或者是第一弹性梁的两端连接在基板的锚点上，第二弹性梁的两端连接质量块；所述第一弹性梁偏离质量块X轴方向的中线；

还包括将两个惯性测量模块中质量块的两侧分别连接起来的连接梁；所述连接梁包括位于X轴方向上的横梁，还包括位于Y轴方向上、一端与横梁连接一端与质量块侧壁连接的纵梁；还设置有连接两条横梁的加强梁，其中，两个惯性测量模块中的第二弹性梁相对于加强梁对称分布。

优选的是，所述纵梁为弹性梁。

优选的是，所述质量块设置有通孔，所述第一弹性梁连接在通孔的侧壁上。

优选的是，所述第二弹性梁位于质量块Y轴方向的中线上。

优选的是，所述第一极片的数量有两个，对称分布在第一弹性梁的两侧。

优选的是，所述加强梁设置有两个，两个加强梁平行设置，与横梁围成一矩形框。

优选的是，还包括分别连接矩形框对角的两个斜梁。

本发明还提供了一种三轴加速度计，包括上述的Z轴结构；其中，所述质量块在Y轴、X轴方向上还设置有第一可动电极、第二可动电极；所述基板上设置有用于与第一可动电极、第二可动电极分别组成Y轴检测电容、X轴检测电容的第一固定电极、第二固定电极。

优选的是，所述第一可动电极和/或第二可动电极分别设置有两个，分别位于质量块相对的两侧。

优选的是，第一可动电极与第一固定电极之间和/或第二可动电极与第二固定电极之间构成梳齿电容结构。

本发明的加速度计，平面内的某一轴(X轴、Y轴)的运动不会受到结构偏心特性的影响，使得X轴、Y轴的运动均是线运动，从而不会加剧轴间的耦合；另一方面也不会降低在质量块在X轴、Y轴上的位移量，从而提高了电容检测的精度。

附图说明

图1示出了本发明三轴加速度计的结构示意图。

图2示出了图1中连接梁的结构示意图。

图3示出了本发明三轴加速度计另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明解决的技术问题、采用的技术方案、取得的技术效果易于理解，下面结合具体的附图，对本发明的具体实施方式做进一步说明。

参考图1，本发明提供了一种加速度计中的Z轴结构，其包括两个结构对称的惯性测量模块，每个惯性测量模块包括基板(视图未给出)，在该基板上可以布图惯性测量模块的电路等部件。该基板上设置有作为下电极的第一极片4(视图中以虚线表示)。