[发明专利]一种谐振式微机械加速度计及其控制方法

权利要求书

1.一种谐振式微机械加速度计，其特征在于，包括质量块、硅栅结构、位移检测模块、调谐模块和驱动模块；

所述的质量块通过高深宽比的弹性梁与锚区相连，弹性梁在水平敏感轴方向上的刚度小于垂直方向上的刚度，质量块和弹性梁组成一个谐振器；硅栅结构布置在质量块的中间位置上；所述的位移检测模块、调谐模块和驱动模块布置在与硅栅结构相对应的基板上，所述的调谐模块通过变面积型三角形调谐电容等效降低加速度计在垂直方向上的刚度；

所述的谐振式微机械加速度计包含两种加速度检测方式：

在水平敏感轴方向上，所述的位移检测模块通过开环位移检测方式对外界加速度变化进行检测，得到包含加速度信息的位移幅值变化信号；

在垂直方向上，所述的驱动模块通过谐振驱动方式控制谐振器处于谐振状态，获取驱动模块跟踪频率的频率偏移信号，通过频率偏移信息对加速度信息进行同步检测。

2.根据权利要求1所述的谐振式微机械加速度计，其特征在于，还包括加速度融合模块，通过融合模块对由幅值变化信号提取的加速度信息和频率偏移信号提取的加速度信息进行融合处理。

3.根据权利要求1所述的谐振式微机械加速度计，其特征在于，在所述锚区内还设有防止梳齿电容发生碰撞的阻挡块结构。

4.根据权利要求1所述的谐振式微机械加速度计，其特征在于，还包括用于调节品质因子的梳齿电容。

5.根据权利要求1所述的谐振式微机械加速度计，其特征在于，所述的位移检测模块采用差分硅栅电容，所述的驱动模块采用变间隙型硅栅电容。

6.一种权利要求1所述的谐振式微机械加速度计的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在三角形调谐电容的电极上施加固定的直流电压V_dc，并利用扫频驱动的方式获取质量块及弹性梁的初始谐振频率，包括水平敏感轴方向上的初始谐振频率ω_y和垂直方向上的初始谐振频率ω_z0；

2)质量块在受到水平敏感方向上的加速度时会发生位移变化，从而产生电容变化信号；

3)对电容变化信号进行载波调制和两次解调，第一次为载波解调，得到水平敏感方向上的运动幅度信息；第二次为谐振频率解调，跟踪在有加速度输入下的垂直方向上的谐振频率变化，得到垂直方向上的谐振频率偏移信息；

4)分别从运动幅度信息和频率偏移信息中提取加速度信息，对获得的两种加速度信息进行加权数据融合，针对不同量程的加速度输入分别设定两种检测信息的融合权值。

7.根据权利要求6所述的谐振式微机械加速度计的控制方法，其特征在于，垂直方向上的谐振频率ω_z与水平敏感方向上的加速度a_y的灵敏度关系式为：

其中，ω_z为垂直方向上的谐振频率，a_y为水平敏感方向上的加速度，ε为介电常数，θ和N分别为三角形调谐电容中的三角形特征角度和数量，V_dc为三角形调谐电容间的直流电压，ω_y和ω_z0分别为水平敏感轴方向上的初始谐振频率和垂直方向上的初始谐振频率，g为三角形调谐电容间隙。