[发明专利]一种谐振式MEMS全量程倾角传感器

权利要求书

1.一种MEMS谐振式全量程倾角传感器，包括单晶硅基底(1)，单晶硅基底(1)上生长一层二氧化硅绝缘层(2)，二氧化硅绝缘层(2)上设有单晶硅结构层(3)，其特征在于：

单晶硅结构层(3)的中心悬浮有多边形的质量块(10)，质量块(10)通过至少三对微放大梁(11)分别与双端固定谐振音叉(12)的末端相连接，微放大梁(11)、双端固定谐振音叉(12)呈放射状均匀分布，双端固定谐振音叉(12)的两侧设置有驱动端(13)和检测端(14)，双端固定谐振音叉(12)与驱动端(13)、检测端(14)静电耦合，双端固定谐振音叉(12)的顶端与静电极(15)相接，双端固定谐振音叉(12)与质量块(10)相应的边垂直，微放大梁(11)与质量块(10)相应的边平行，三者处于同一个平面内，在应用时，该平面法向与重力方向垂直。

2.根据权利要求1所述的一种MEMS谐振式全量程倾角传感器，其特征在于：所述的微放大梁(11)的输入梁(11-1)附着于质量块(10)，微放大梁(11)中部的支点(11-2)固定于驱动端(13)的第一固定端(13-1)或检测端(14)的第二固定端(14-1)上，第一固定端(13-1)和第二固定端(14-1)上分别沉积有第一金属电极层(13-2)和第二金属电极层(14-2)，微放大梁(11)的输出梁(11-3)附着于双端固定谐振音叉(12)的谐振梁(12-1)的末端，谐振梁(12-1)的首端固定于顶部固定端(15-1)上，谐振梁(12-1)的两侧连接有第二电容平板(12-2)，两个第二电容平板(12-2)的外侧分别设有第一电容平板(13-3)和第三电容平板(14-3)，第二电容平板(12-2)和第一电容平板(13-3)、第三电容平板(14-3)静电耦合，第一电容平板(13-3)和第三电容平板(14-3)分别固定在第一固定端(13-1)和第二固定端(14-1)上，顶部固定端(15-1)上沉积有第三金属电极层(15-2)。

3.根据权利要求1所述的一种MEMS谐振式全量程倾角传感器，其特征在于：所述的双端固定谐振音叉(12)被置于具有自动增益控制的振荡电路，振荡电路包括放大器(16-1)、带通滤波器(16-2)和比较器(16-3)，第三金属电极层(15-2)上通入电压为双端固定谐振音叉(12)提供直流偏置，由双端固定谐振音叉(12)谐振产生的交流信号经过放大器(16-1)、带通滤波器(16-2)和比较器(16-3)处理之后，一方面反馈至驱动端(13)，保证闭环测试电路的连续稳定振荡，另一方面输出给频率测量装置(16-4)测量频率。

4.根据权利要求1所述的一种MEMS谐振式全量程倾角传感器，其特征在于：所述的质量块(10)的边长范围为1000um-2000um。

5.根据权利要求1所述的一种MEMS谐振式全量程倾角传感器，其特征在于：所述双端固定式音叉谐振器(12)的谐振梁(12-1)长度范围为200um-500um，宽度范围为2um-5um。

6.根据权利要求2所述的一种MEMS谐振式全量程倾角传感器，其特征在于：所述的电容平板长度范围为100um-250um，宽度范围为2um-5um。

7.根据权利要求1所述的一种MEMS谐振式全量程倾角传感器，其特征在于：所述微放大梁(11)的支点(11-2)到输入梁(11-1)的距离与其到输出梁(11-3)的距离比值范围达10-100倍。

8.根据权利要求1所述的一种MEMS谐振式全量程倾角传感器，其特征在于：在所述单晶硅基底(1)和二氧化硅绝缘层(2)上加工出刻蚀孔，保证质量块(10)、微放大梁(11)和双端固定谐振式音叉(12)的悬空，其未刻蚀的部分保证了第一固定端(13-1)、第二固定端(14-1)和顶部固定端(15-1)的固定。

9.根据权利要求1所述的一种MEMS谐振式全量程倾角传感器，其特征在于：所述的单晶硅结构层(3)由单个半导体晶片完整的制造，通过表面微加工技术或刻蚀工艺制造。