[发明专利]一种梳齿电容式单轴加速度计

说明书

本发明公开了一种梳齿电容式单轴加速度计，包括玻璃衬底、固定极板、敏感质量和止挡结构，所述玻璃衬底的上表面固定安装有固定极板，所述固定极板上挖设有三个呈前后间隔的凹槽，所述固定极板上位于前后两侧的凹槽内各固定安装有一组第一弹性粱单元，所述第一弹性粱单元包括两根左右相互间隔的第一U型梁，所述固定极板上位于中间的凹槽安装固定有第二弹性梁单元，所述第二弹性梁单元包括两根左右相互间隔的第二U型梁，所述第一弹性粱单元、第二弹性梁单元的上方固定安装有敏感质量，所述玻璃衬底焊接固定安装有止挡结构，所述敏感质量上挖设有与止挡结构相匹配的插槽；本装置结构简单，便于增加装置使用效果，提高使用寿命。

技术领域

本发明涉及微电子机械领域，尤其是涉及一种梳齿电容式单轴加速度计。

背景技术

微电子机械系统（Micro Electro-Mechanical System）简称MEMS，其主要是基于机械学科与微电子学科迅猛发展，同时为满足技术小型化、微型化的先进理念，融合物理学、材料科学等其他学科从而衍生的多学科交叉的前沿性研究领域。在MEMS发展的过程中，不断涌现出各种各样的微机械加速度计，其中以电容式加速度计最为常见。该类型加速度计的原理为借助极板间电容的改变量和自身结构参数两者的关系，巧妙地把施加在外部的加速度转变为微机械结构加速度计内电容的变化，由于电容为相对易于测量的电学量，据此开展对该电学量测量的相关工作，从而可间接得到所测量加速度的大小。对比基于其它原理的微机械结构加速度计，电容式加速度计的优点为：温漂效应小，温度稳定性好，结构简单，单位芯片面积灵敏度较高，功耗等，已成为目前微加速度计研究的重点与潮流，其应用也越来越方法。民用方面，其广泛用于通用航空、车辆控制、高速铁路、机器人、工业自动化、探矿、玩具、手机等；军事方面，电容式加速度计常用于导弹制导、潜艇和飞机的导航等。

基于微机电系统(MEMS)惯性器件的微惯性测量单元(Micro InertialMeasurement Unit，简称MIMU)，目前被认为是实现常规弹药制导化改造与精确打击的一种重要组件。炮弹发射过程一般在10ms以内，是一个高过载强冲击过程。在大口径远程火炮炮弹发射过程，冲击载荷可达到25000~30000g。微机械加速度计是MIMU中的重要敏感器件，在炮弹发射过程中需要经历高过载环境，因此，需要微机械加速度计具有一定抗高过载的能力，保证其经历炮弹发射过程后不失效。

但是现有微机械加速度计抗高过载的能力不够，敏感性不够好，易损坏。

发明内容

本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。

一种梳齿电容式单轴加速度计，包括玻璃衬底、固定极板、敏感质量和止挡结构，所述玻璃衬底的形状为正方体，所述玻璃衬底的上表面固定安装有正方体状的固定极板，所述固定极板上挖设有三个呈前后间隔的凹槽，所述固定极板上位于前后两侧的凹槽内各固定安装有一组第一弹性粱单元，所述第一弹性粱单元包括两根左右相互间隔的第一U型梁，所述固定极板上位于中间的凹槽安装固定有第二弹性梁单元，所述第二弹性梁单元包括两根左右相互间隔的第二U型梁，凹槽之间挖设有用于放置敏感质量的放置槽，所述敏感质量、梳齿式极板位于固定极板上放置槽内，所述梳齿式极板一体连接在敏感质量两侧，所述第一弹性粱单元、第二弹性梁单元与敏感质量相连接且位于同一平面内固定极板放置，所述敏感质量通过第一弹性粱单元、第二弹性梁单元与玻璃衬底上的锚点连接，通过第一弹性粱单元、第二弹性梁单元使得敏感质量悬浮于玻璃衬底上方，敏感质量和玻璃衬底、固定极板构成检测电容，同时第一U型梁、第二U型梁随着惯性力的作用频繁发生形变，带动质量块做出相应的位移响应，得到信号输出，所述玻璃衬底固定安装有止挡结构，所述止挡结构选择为正方形凸台，所述敏感质量上挖设有与止挡结构相匹配的插槽，止挡结构插设在插槽内，用于稳定敏感质量。

作为本发明进一步的方案：所述玻璃衬底的整体尺寸为4mm×4mm。