[发明专利]一种加速度传感器

说明书

本发明公开一种加速度传感器，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极板电极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。本发明可以获取高精度、大动态范围加速度传感器。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，更具体地，涉及一种加速度传感器。

背景技术

目前国内外技术上较成熟的高精度加速度测量机理主要是基于电容微位移传感检测。由于电容位移检测方法的限制，传统的电容位移传感机制很难在保持高精度的同时满足大动态范围的需求。同时，由于电容位移检测方法同时会受电极极板面积和极板间距的影响，交叉轴影响在大动态范围下测量也非常明显。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决传统的电容位移传感机制受交叉轴影响非常明显的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种加速度传感器，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极板电极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。

在一个可选地实施例中，所述敏感质量在平行所述定极板电极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极板电极半正弦结构的峰长方向，所述矩形的短边方向对应所述动极板电极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极板电极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。

在一个可选地实施例中，所述敏感质量在所述短边方向的位移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(ωt+Δx·π/l)；其中，A为定电极极板电压的幅值，l为所述半正弦结构的峰宽，ω为定极板上所加电压的角频率。

在一个可选地实施例中，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。

在一个可选地实施例中，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极板电极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极板电极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；