[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

说明书

本公开涉及具有能量采集器的微机电系统MEMS惯性传感器和相关方法。描述微机电系统(MEMS)设备。MEMS设备可包括惯性传感器和能量采集器，其配置为将机械振动能转换成电能。所收集的能量可用于为电子电路供电，例如用于感测来自惯性传感器的加速度的电路。惯性传感器和能量采集器可以设置在同一基板上，并且可以共享相同的检测质量块。能量采集器可包括设置在柔性结构上的压电材料层。当柔性结构响应于振动而弯曲时，压电材料层中产生应力，这导致电的产生。惯性传感器的例子包括加速度计和陀螺仪。

技术领域

本申请涉及微机电系统(MEMS)惯性传感器。

背景技术

一些MEMS加速度计包括检测质量块，其被配置为响应于加速度而移动。检测质量块移动的程度提供了加速度大小的指示。一些MEMS加速度计使用电容式传感器来检测检测质量块的运动幅度。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供微机电系统(MEMS)设备。MEMS设备可包括惯性传感器和能量采集器，其配置成将机械振动能转换成电能。所收集的能量可用于为电子电路供电，例如用于利用惯性传感器来感测加速度的电路。惯性传感器和能量采集器可以设置在同一基板上，并且可以共享相同的检测质量块。能量采集器可包括设置在柔性结构上的压电材料层。当柔性结构响应于振动而弯曲时，压电材料层中产生应力，这导致电的产生。惯性传感器的例子包括加速度计和陀螺仪。

根据本申请的另一个方面，提供微机电系统(MEMS)设备。MEMS设备可包括：具有顶部表面的基板；惯性传感器，包括耦合到所述基板的检测质量块，所述惯性传感器被配置为沿至少一个轴感测所述检测质量块的运动；和能量采集器，包括在所述基板和所述检测质量块之间形成的压电材料层，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。

根据本申请的另一个方面，提供微机电系统(MEMS)设备。MEMS设备可包括：基板；压电能量采集器，包括：耦合所述基板的粱，其中所述粱的至少一部分包括压电材料层；耦合所述粱的检测质量块；和惯性传感器，包括：耦合所述检测质量块的第一电极；和耦合所述粱的第二电极。

根据本申请的另一个方面，提供一种使用微机电系统(MEMS)设备感测运动的方法。该方法可包括：通过感测在检测质量块和基板之间形成的压电材料层中的机械应力，转换为耦合到基板的检测质量块的电能、振动能量；利用感测电路，沿着至少一个轴感测所述检测质量块相对于所述基板的运动；和至少部分地利用电能为所述感测电路供电。

附图说明

将参考以下附图描述本申请的各个方面和实施例。应该理解的是，附图不一定按比例绘制。出现在多个图中的项目在它们出现的所有图中用相同的附图标记表示。

图1是示出根据一些实施例的包括能量采集器和MEMS器件的微机电系统(MEMS)设备的框图。

图2是示出根据一些实施例的包括能量采集器和MEMS器件的MEMS设备的示例的截面图。

图3A是示出根据一些实施例的包括压电材料层的惯性传感器的示例的截面图。

图3B示出了根据一些实施例的当受到与z轴相反的加速度时的图3A的惯性传感器。

图3C示出了根据一些实施例的当经受沿z轴方向的加速度时的图3A的惯性传感器。

图4是根据一些实施例的更详细地示出图3A的惯性传感器的一部分的横截面图。

图5A-5B是示出根据一些实施例的图3A的压电材料层的可能布局的俯视图。

图6A是根据一些实施例的包括多个惯性传感器的检测质量块的透视图。

图6B是示出根据一些实施例的可以与图6A的检测质量块结合使用的基板的顶部表面的俯视图。