[发明专利]一种重力加速度传感器

权利要求书

1.一种重力加速度传感器，其特征在于，包括：弹簧质量块结构，位移传感组件，上盖板结构以及下盖板结构；

所述弹簧质量块结构包括：外框架、检验质量以及弹簧结构，检验质量通过弹簧结构与外框架相连，所述检验质量在弹簧结构的约束下受外界力的作用而运动；

所述弹簧质量块四周的外框架与上盖板结构和下盖板结构固连封装，用于实现位移传感组件的安装、所述位移传感组件与外界的电气连接，以及对弹簧质量块结构的限位保护；

所述位移传感组件包括：驱动周期阵列极板和拾取周期阵列极板，所述驱动周期阵列极板和拾取周期阵列极板的位置交错相对，形成电容器，所述驱动周期阵列极板和拾取周期阵列极板中的一个位于检验质量表面，另一个位于上盖板结构或下盖板结构表面；

当平行于驱动周期阵列极板或拾取周期阵列极板方向的重力加速度分量发生变化时，所述检验质量运动使得所述电容器的相对极板面积发生变化，通过检测所述电容器电容的变化量确定该方向重力加速度分量的变化量，当所述重力加速度传感器在Z轴方向工作时，所述检验质量在重力作用下下垂位移为一个或多个阵列周期，所述阵列周期为所述驱动周期阵列极板和拾取周期阵列极板周期性交错排布的最小单元；所述驱动周期阵列极板比拾取周期阵列极板偏左和偏右各多出至少一个周期，或所述拾取周期阵列极板比驱动周期阵列极板偏左和偏右各多出至少一个周期；

所述阵列周期P为：P＝(w_elec+w_gap)*2＝g₀/(N*(2*π*f₀)²)，其中，w_elec为一个驱动极板宽度，w_gap为相邻驱动极板间距，N为整数(N＝1,2,3…)，g₀＝9.80665m/s²为重力加速度标准值，f₀为重力加速度传感器的本征频率；阵列周期P也可以为一个拾取极板宽度和相邻拾取极板间距之和。

2.根据权利要求1所述的重力加速度传感器，其特征在于，所述重力加速度传感器适用于X轴、Y轴以及Z轴方向的测量，其可测量的重力加速度最大变化量所对应的电容器相对极板面积最大变化量为一个阵列周期。

3.根据权利要求2所述的重力加速度传感器，其特征在于，所述重力加速度传感器在X轴、Y轴或Z轴方向的初始工作点的电容值相同。

4.根据权利要求1所述的重力加速度传感器，其特征在于，所述弹簧质量块结构所用材料可以为适宜微纳加工的半导体材料。

5.根据权利要求1所述的重力加速度传感器，其特征在于，所述驱动周期阵列极板在一个阵列周期内包括两个驱动极板，分别加以幅值相同相位相反的驱动电压；

所述拾取周期阵列极板在一个阵列周期内包括一个拾取极板；

所述电容器在一个阵列周期内形成差分双端驱动和单端拾取配置，在工作零点处拾取极板的中心和两个驱动极板的间距中点相对，此时两个驱动极板与一个拾取极板所形成的差分电容值为零，即所述电容器的电容差值为零。

6.根据权利要求1所述的重力加速度传感器，其特征在于，所述上盖板结构或下盖板结构的材料可以是硅或者玻璃。

7.根据权利要求1所述的重力加速度传感器，其特征在于，所述弹簧质量块结构的本征谐振频率为1Hz-50Hz。

8.根据权利要求1所述的重力加速度传感器，其特征在于，所述重力加速度传感器的分辨率为1μGal-10μGal。

9.根据权利要求1所述的重力加速度传感器，其特征在于，当所述电容器因为加工误差或者封装对准误差造成驱动极板和拾取极板的工作零点位置出现偏差时，可以通过调整电容传感电路中与所述电容器并联的差分电容器的值来进行补偿，使初始工作点的输出电压为零。