[发明专利]具有温度应力补偿和振动解耦能力的硅微谐振加速度计

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有温度应力补偿和振动解耦能力的硅微谐振加速度计，属于频率输出加速度计结构设计领域，温度应力及振动解耦技术方向。

背景技术

频率输出加速度计的温度补偿技术是加速度计设计调试过程中的关键技术问题。双音叉差动输出结构是温度补偿的一种有效方式，被各种频率输出加速度计结构所采用(法国ONERA，美国kearfort，Holleywell等)。但这种方式是后续处理补偿方式，每个单音叉的谐振频率仍旧随着温度而发生变化,音叉所感受到的温度应力并没有消除，问题没有从根本上得以解决。

在一些文献中报道了关于频率输出加速度计频率交叉点附近的灵敏度死区的问题。原因是两个谐振音叉的灵敏度系数符号相反，结构设计尺寸相同，所以在量程范围内总存在一个加速度载荷点，两个谐振音叉的谐振频率相同。如果两个音叉的振动未完全解耦，由于振动能量的相互传递作用，音叉的谐振频率在这个区域内将不再只取决于加速度载荷的大小，灵敏度相应衰减，形成灵敏度死区。

发明内容

本发明解决的技术问题为：本发明克服现有技术不足，提出一种具有温度应力补偿和振动解耦能力的硅微谐振加速度计，解决音叉在高低温条件下的热应力释放的问题，以及两音叉振动耦合产生的灵敏度死区的问题。

本发明解决的技术方案为：具有温度应力补偿和振动解耦能力的硅微谐振加速度计，包括：左部A，和右部B两个左右对称的部分，左部A与右部B能够独立感受加速度的大小，左部A与右部B的结构相同，并关于两部分的联接中线对称；左部A，右部B这两部分分别有各自的质量块相互独立，即左部A，右部B这两部分的质量块互不联接，实现结构左右两部分的力学隔离；

左部A，包括：谐振音叉(101)，音叉锚点(102)，上杠杆(103)，下杠杆(104)，第一杠杆悬臂支撑(105)，第一杠杆挠性支点(106)，第一杠杆悬臂支撑锚点(107)，第二杠杆悬臂支撑(108)，第二杠杆挠性支点(109)，第二杠杆悬臂支撑锚点(110)，质量块(111)，第一质量块支撑梁(112)，第二质量块支撑梁(113)，第一质量块支撑锚点(114)，第二质量块支撑锚点(115)，第三质量块支撑锚点(16)，第四质量块支撑锚点(17)，结构衬底(11)；

谐振音叉(101)的一端通过音叉锚点(102)与结构衬底(11)连接，形成刚性支撑；谐振音叉(101)的另一端与上杠杆(103)、下杠杆(104)连接，感受经过上杠杆(103)和下杠杆(104)放大的质量块(111)产生的惯性力，上杠杆(103)、下杠杆(104)关于谐振音叉(101)的轴线上下对称，上杠杆(103)和下杠杆(104)组成的杠杆的靠中间端与谐振音叉(101)的另一端挠性联接，上杠杆(103)和下杠杆(104)组成的杠杆的两个远端与质量块(111)挠性连接，上杠杆(103)的杆臂偏谐振音叉(101)一端为第一杠杆挠性支点(106)，上杠杆(103)与第一杠杆悬臂支撑(105)的一端通过第一杠杆挠性支点(106)连接在一起，第一杠杆悬臂支撑(105)与谐振音叉(101)平行分布，第一杠杆悬臂支撑(105)的另一端通过第一杠杆悬臂支撑锚点(107)固定于结构衬底(11)；上杠杆(103)与谐振音叉(101)呈90°角；

下杠杆(104)杆臂上偏音叉一端为第二杠杆挠性支点(109)，下杠杆(104)与第二杠杆悬臂支撑(108)的一端通过第二杠杆挠性支点(109)连接在一起，第二杠杆挠性支点(109)到下杠杆(104)与质量块(111)联接端的距离和第二杠杆挠性支点(109)到下杠杆(104)与谐振音叉(101)的联接端的距离的比值为杠杆比，第二杠杆悬臂支撑(108)与谐振音叉(101)平行分布，第二杠杆悬臂支撑(108)的另一端通过第二杠杆悬臂支撑锚点(110)固定于结构衬底(11)；

质量块(111)环绕谐振音叉(101)、音叉锚点(102)、上杠杆(103)、下杠杆(104)、第一杠杆悬臂支撑(105)、第一杠杆挠性支点(106)、第一杠杆悬臂支撑锚点(107)、第二杠杆悬臂支撑(108)、第二杠杆挠性支点(109)、第二杠杆悬臂支撑锚点(110)；