[发明专利]具有能量采集器的微机电系统MEMS惯性传感器和相关方法

权利要求书

1.一种微机电系统MEMS设备，包括：

具有顶部表面的基板；

加速度计，所述加速度计包括电容性传感器和耦合到所述基板的检测质量块，所述加速度计的所述电容性传感器被配置为响应于所述检测质量块的沿至少一个轴的加速度产生感测信号，所述电容性传感器具有耦合到所述检测质量块的第一电极和耦合到梁的第二电极；

感测电路，所述感测电路被配置为接收所述感测信号并基于所述感测信号确定所述检测质量块的加速度的大小；以及

能量采集器，所述能量采集器包括在所述基板和所述检测质量块之间形成并耦合到所述梁的压电材料层，其中所述压电材料层被配置为响应于所述检测质量块相对于所述基板的顶部表面的运动而产生电信号。

2.根据权利要求1所述的MEMS设备，其中所述至少一个轴平行于所述基板的顶部表面。

3.根据权利要求2所述的MEMS设备，其中所述加速度计是第一加速度计，以及所述感测信号是第一感测信号，其中所述至少一个轴平行于所述基板的顶部表面，其中所述MEMS设备还包括第二加速度计，所述第二加速度计包括所述检测质量块，所述第二加速度计被配置为响应于所述检测质量块的沿所述至少一个轴的加速度产生第二感测信号，以及

其中所述感测电路被配置为以差分方式并基于所述第一感测信号和所述第二感测信号确定所述检测质量块的沿所述至少一个轴的加速度的大小。

4.根据权利要求1所述的MEMS设备，还包括形成在所述梁和所述检测质量块之间的凹槽，其中所述第一电极和所述第二电极被设置在所述凹槽的相对侧上。

5.根据权利要求1所述的MEMS设备，其中所述加速度计被配置为通过感测所述电容性传感器的电容的变化来产生所述感测信号。

6.根据权利要求1所述的MEMS设备，其中所述梁被配置为响应于所述检测质量块相对于所述基板的顶部表面的运动而弯曲。

7.根据权利要求1所述的MEMS设备，其中所述检测质量块和所述梁形成凹槽，所述凹槽被配置为响应于所述检测质量块相对于所述基板的顶部表面的运动而变形。

8.根据权利要求1所述的MEMS设备，其中所述感测电路被集成在所述基板中。

9.一种微机电系统MEMS设备，包括：

基板；

压电能量采集器，所述压电能量采集器包括：

耦合到所述基板的梁，其中所述梁的至少一部分包括压电材料层；

耦合到所述梁的检测质量块；和

加速度计，所述加速度计包括耦合到所述检测质量块的第一电极和耦合到所述梁的第二电极，其中凹槽将所述第一电极与所述第二电极分开，所述加速度计被配置为响应于所述检测质量块的加速度产生感测信号；以及

感测电路，所述感测电路被配置为接收所述感测信号并基于所述感测信号确定所述检测质量块的加速度的大小。

10.根据权利要求9所述的MEMS设备，其中所述压电材料层被配置为响应于所述检测质量块的平面外运动产生电信号。

11.根据权利要求9所述的MEMS设备，其中所述加速度计被配置为响应于所述检测质量块的平面内加速度产生所述感测信号。

12.根据权利要求9所述的MEMS设备，其中所述凹槽还将所述检测质量块与所述梁分开。

13.根据权利要求9所述的MEMS设备，其中所述压电能量采集器还包括设置在所述压电材料层的相对侧上的第三电极和第四电极。

14.根据权利要求9所述的MEMS设备，其中所述压电材料层相对于垂直于所述基板的顶部表面的轴呈现旋转对称性并且包括一个或多个间隙。