[实用新型]一种基于刚度补偿的高性能MEMS闭环加速度计

说明书

本实用新型公开了一种基于刚度补偿的高性能MEMS闭环加速度计，包括：关于加速度计中心对称的上半部分和下半部分，上半部分和下半部分均包括：基片，锚点固定在基片上，基片上设有绝缘层，绝缘层上设有敏感器件层，敏感器件层包括：敏感质量块、支撑梁、力反馈梳齿单元、检测梳齿单元、刚度补偿单元；上半部分和下半部分的敏感质量块上均设有第一镂空区域和第二镂空区域；第一镂空区域内安装有：支撑梁锚点、支撑梁、检测梳齿单元锚点、检测梳齿单元；第二镂空区域内安装有：支撑梁锚点、支撑梁、力反馈梳齿单元、力反馈梳齿单元锚点、刚度补偿单元、刚度补偿单元锚点；通过对加速度计刚度补偿结构的设计可以补偿工艺加工造成的机械刚度偏大的问题。

技术领域

本实用新型涉及微机械MEMS加速度计领域，具体地，涉及一种基于刚度补偿的高性能MEMS闭环加速度计。

背景技术

微机械MEMS加速度计是一种测量加速度大小的器件或装置，其在工业控制、航空、航天、军事等高精度领域具有广泛的应用需求。然而，由于MEMS加速度计在生产过程中存在一致性较差、加工误差等原因，可能使生产得到的加速度计机械结构刚度比理论设计值偏大，从而致使加速度计灵敏度降低、噪声变大、分辨率变差等，这将严重阻碍其在高精度领域的应用。因此，需要采取策略来补偿由工艺误差带来的机械刚度偏大的影响。

实用新型内容

本实用新型提出了一种基于刚度补偿的高性能MEMS闭环加速度计，通过对加速度计刚度补偿结构的设计可以补偿工艺加工造成的机械刚度偏大的问题，消除由于刚度偏大对器件灵敏度、噪声、分辨率等性能造成的影响，从而使加速度计结构保持理论设计时的高性能特性。

为实现上述实用新型目的，本申请提供了一种基于刚度补偿的高性能MEMS闭环加速度计，所述加速度计包括：

关于加速度计中心对称的上半部分和下半部分，其中，上半部分和下半部分均包括：基片，锚点固定在基片上，基片上设有绝缘层，绝缘层上设有敏感器件层，敏感器件层包括：敏感质量块、支撑梁、力反馈梳齿单元、检测梳齿单元、刚度补偿单元；上半部分和下半部分的敏感质量块上均设有第一镂空区域和第二镂空区域；第一镂空区域内安装有：支撑梁锚点、支撑梁、检测梳齿单元锚点、检测梳齿单元；支撑梁一端与敏感质量块连接，支撑梁另一端与支撑梁锚点连接；检测梳齿单元通过检测梳齿单元锚点固定在基片上，上半部分和下半部分的两个检测梳齿单元构成加速度计差动电容检测结构，对加速度信号引起的电容变化进行检测；第二镂空区域内安装有：支撑梁锚点、支撑梁、力反馈梳齿单元、力反馈梳齿单元锚点、刚度补偿单元、刚度补偿单元锚点；支撑梁一端与敏感质量块连接，支撑梁另一端与支撑梁锚点连接；力反馈梳齿单元通过力反馈梳齿单元锚点固定在基片上，上半部分和下半部分的两个力反馈梳齿单元构成加速度计力反馈电极结构，对加速度信号引起的位移进行平衡；刚度补偿单元通过刚度补偿单元锚点固定在基片上，上半部分和下半部分的两个刚度补偿单元构成加速度计刚度补偿结构，对加速度计进行刚度补偿。

进一步的，敏感器件层还包括：X轴向防撞结构、Y轴向防撞结构；第一镂空区域内还安装有：X轴向防撞结构，X轴向防撞结构安装在支撑梁锚点上，并向X轴方向的敏感质量块内壁延伸；第二镂空区域内还安装有Y轴向防撞结构，Y轴向防撞结构安装在刚度补偿单元锚点上，并向Y轴方向的敏感质量块内壁延伸。

进一步的，所述检测梳齿单元包括：若干对检测固定梳齿和检测可动梳齿，检测固定梳齿与检测可动梳齿一一对应，检测固定梳齿通过检测梳齿单元锚点固定在基片上，检测可动梳齿一端与敏感质量连接，检测可动梳齿另一端朝与其对应的检测固定梳齿延伸，检测固定梳齿与检测可动梳齿在竖直方向具有重叠部分，每个检测固定梳齿与其对应的检测可动梳齿构成一对检测电容。

进一步的，力反馈梳齿单元包括：若干对力反馈固定梳齿和力反馈可动梳齿；力反馈固定梳齿与力反馈可动梳齿一一对应，力反馈固定梳齿通过力反馈梳齿单元锚点固定在基片上，力反馈可动梳齿一端与敏感质量块连接，力反馈可动梳齿另一端朝与其对应的力反馈固定梳齿延伸，力反馈固定梳齿与力反馈可动梳齿在竖直方向具有重叠部分。