[发明专利]低频微加速度传感器的多孔弹簧悬臂敏感结构

说明书

本发明提供一种低频微加速度传感器的多孔弹簧悬臂敏感结构，该敏感结构包括左盖板、悬臂结构以及右盖板，采用的单侧多孔弹簧‑质量块悬臂结构，具有较大的刚度，由11行5列共28个中空结构构成的多孔弹簧悬臂结构在x，y，z三个方向可以达到谐振频率分别为24.2Hz，164.6Hz和4.7Hz的低频振动。本发明公开的低频微加速度传感器的多孔弹簧悬臂敏感结构具有强度高、谐振频率低等优点，可用于y轴方向加速度的低频检测。

技术领域

本发明属于微加速度传感器技术领域，具体涉及一种低频微加速度传感器的多孔弹簧悬臂敏感结构。

背景技术

随着全球经济的发展，矿业开发及能源探测需要深入开采。深部地层的岩体力学状态十分复杂，为了满足工程开发的需要，微地震监测技术代替普通地震勘探技术越来越多地应用在采矿诱发的微地震监测和石油天然气勘探领域，压电加速度传感器和MEMS加速度传感器等新型传感器被应用于地震监测中。其中，电容式MEMS加速度传感器由于具有谐波失真小、采集系统动态范围大、道间串扰小、抗电磁干扰强、相位失真小、矢量保真度高等常规模拟检波器无法达到的优点，在石油勘探等很多领域得到了广泛的应用。

目前，国内电容式MEMS加速度传感器尚不完善，存在敏感结构形式复杂，加工难度大，低频检测精度不高等问题。与此同时，加速度芯片设计制造受到国外技术垄断，大部分自主设计的电容式微加速度传感器无法有效实现低频微震信号的检测。

发明内容

针对目前低频微震检测领域中加速度传感器敏感结构形式复杂、加工难度高等问题，本发明提供一种低频微加速度传感器的多孔弹簧悬臂敏感结构，该敏感结构采用单侧多孔弹簧-质量块悬臂结构，具有较大的刚度，由11行5列共28个中空结构构成的多孔弹簧悬臂结构在x，y，z三个方向可以达到谐振频率分别为24.2Hz，164.6Hz和4.7Hz的低频振动。

本发明采用的技术方案如下：

低频微加速度传感器的多孔弹簧悬臂敏感结构，包括左盖板、悬臂结构以及右盖板，所述悬臂结构包括质量块、多孔弹簧、基板、A电极阵列、电信号输出极板、悬臂结构金属密封环、悬臂结构电接触焊盘以及4个定位通孔，所述的质量块为矩形；基板为中空的矩形框；多孔弹簧是多个由上、下对称的两条曲线边围成的中空结构连接而成，每个中空结构的两个端点为尖角，多孔弹簧最上面和最下面的边分别与质量块的下底边和基板的下部内边框连接；悬臂结构金属密封环为中空的矩形导电金属框，位于定位通孔靠近质量块的一侧与左盖板相对的基板表面，悬臂结构金属密封环下表面与基板上表面之间设有与悬臂结构金属密封环尺寸相同的中空矩形绝缘层；A电极阵列由平行排列的若干大小相同的矩形导电金属片构成，位于质量块中部与左盖板相对应的表面上，电信号输出极板为多个矩形导电金属片，位于基板下部；悬臂结构电接触焊盘包括两个矩形导电金属片，位于悬臂结构金属密封环外侧、电信号输出极板上方右侧；所述的4个定位通孔分别位于基板的左、右两边且靠近上、下端面处；

左盖板和右盖板是相同大小的矩形平板，其宽度与悬臂结构的宽度相同，其长度小于悬臂结构的长度，使悬臂结构上的电信号输出极板裸露在外面；左盖板和右盖板分别位于悬臂结构的左侧和右侧，左盖板和右盖板上分别设有与悬臂结构上4个定位通孔位置一致、大小相同的4个左盖板定位通孔和4个右盖板定位螺钉孔；左盖板与悬臂结构接触的一侧设有左盖板矩形槽，左盖板矩形槽中部设有左盖板中心凸台，左盖板中心凸台上部为正方形，下部为细长的矩形，左盖板中心凸台的下部底边与左盖板矩形槽的下边连接，左盖板中心凸台的中部设有B电极阵列，B电极阵列与A电极阵列组成相同且位置交错，B电极阵列的表面高度略低于左盖板的表面高度；左盖板矩形槽与左盖板定位通孔之间设有左盖板金属密封环，左盖板金属密封环为中空的矩形导电金属框，左盖板金属密封环下表面与左盖板上表面之间设有与左盖板金属密封环尺寸相同的中空矩形绝缘层；左盖板金属密封环外侧左下方设有左盖板电接触焊盘，左盖板电接触焊盘与悬臂结构电接触焊盘组成相同，位置相对；右盖板与悬臂结构接触的一侧加工右盖板矩形槽，右盖板矩形槽的深度为质量块的z轴方向振动提供足够的空间；