[发明专利]一种加速度传感器

权利要求书

1.一种加速度传感器，其特征在于，包括：敏感质量、弹簧结构、定电极极板、动电极极板以及外部封装结构；

所述敏感质量位于所述外部封装结构的内部，所述弹簧结构将所述敏感质量与外部封装结构连接，所述敏感质量在所述弹簧结构的约束下受外界力的作用而运动；

所述定电极极板固定于外部封装结构的内侧；所述动电极极板固定于所述敏感质量的顶部；每个动电极极板与两个定电极极板位置对应，组成一组电极极板；所述动电极极板的平面呈半正弦结构，使得所述敏感质量在平行所述定电极极板所在平面的方向的位移变化对应为动电极极板上感应电压的相位变化；

所述敏感质量在平行所述定电极极板所在平面的方向的位移变化可分为两个自由度方向的位移变化；所述定电极极板呈矩形，则所述两个自由度方向分别为所述矩形的短边方向和长边方向；

所述矩形的长边方向对应所述动电极极板半正弦结构的峰长方向，所述矩形的短边方向对应所述动电极极板半正弦结构的峰宽方向；

所述矩形的长边的长度大于或等于所述动电极极板的半正弦结构的峰长的1.5倍，使得所述敏感质量在所述长边方向的位移变化不影响所述动电极极板上感应电压的相位；

采用空间调制两组动极板半正弦阵列，两组半正弦阵列相对于定极板矩形电极相差半个周期；每一组半正弦阵列均对应有一个与敏感质量位移变化Δx有关的输出信号V_out；基于灵敏度要求来选择其中一个输出信号V_out以确定敏感质量在单个周期内的位移变化Δx；结合由过零点比较方法得到的跨电极极板相位周期移动个数来确定敏感质量总位置变化，进而求得加速度。

2.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，每组电极极板中动电极极板与两个定电极极板位置对应关系可以为如下三种情况之一：

第一种情况：动电极极板正对着两个定电极极板中左边的定电极极板；

第二种情况：动电极极板与两个定电极极板呈轴对称放置；

第三种情况：动电极极板正对着两个定电极极板中右边的定电极极板。

3.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述敏感质量在所述短边方向的位移变化Δx对应的动电极极板上的一种感应电压V_sin的表达式为：V_sin＝Asin(Δx·π/l)cos(ωt)；其中，A为定电极极板上所加电压的幅值，l为所述半正弦结构的峰宽，ω为定电极极板上所加电压的角频率。

4.根据权利要求2所述的加速度传感器，其特征在于，所述加速度传感器可包括多组电极极板，所述多组电极极板呈所述三种情况分布；

所述第一种情况下的动电极极板上的感应电压的相位与第二种情况下的动极板电极上的感应电压的相位相差90度；

所述第二种情况下的动电极极板上的感应电压的相位与第三种情况下的动极板电极上的感应电压的相位相差90度；

所述第一种情况下的一组电极极板与第二种情况下的一组电极极板可组合为一种相邻的两组电极极板组合；

所述第二种情况下的一组电极极板与第三种情况下的一组电极极板可组合为另一种相邻的两组电极极板组合；

上述两种相邻的两组电极极板组合对应的两个动电极极板上的感应电压之和对应的输出信号V_out与敏感质量位移变化Δx的表达式为：V_out＝0.5Acos(Δx·π/l)，A为定电极极板上所加电压的幅值，l为所述半正弦结构的峰宽。

5.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述外部封装结构包括：上盖和下盖；

所述上盖位于敏感质量的上方，所述定电极极板固定于上盖的底部；

所述下盖位于敏感质量的下方。

6.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，还包括：加速度检测结构；

所述加速度检测结构通过电路检测每组电极极板对应的动电极极板输出的电压，并从中确定整个动电极极板的输出电压，以从整个动电极极板的输出电压的相位变化中解调出所述敏感质量的位移变化以确定外界力对应的加速度。

7.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述弹簧结构可采用正刚度弹簧和负刚度弹簧配合以降低系统固有频率。