[发明专利]全方位动热源式单轴微机械加速度计及其加工方法

说明书

本申请公开了一种全方位动热源式单轴微机械加速度计及其加工方法，该加速度计包括敏感层、基底层和盖板，敏感层含有中间加热腔和中间检测腔，敏感层的上表面设置有全方位振子加热器和一对热敏电阻；全方位动热源摆加热器通过八个完全对称的半圆形支撑梁悬置在敏感层的中心位置；加热器和热敏电阻的通电方式均为恒流电；盖板上刻蚀有凹槽，且与敏感层的上表面密闭连接。本发明可实现单轴加速度的测量，能够敏感X轴上的输入加速度，测量范围大，抗冲击能力强。本发明继承了MEMS传感器的优点，而且具有体积小、重量轻、成本低等特点，符合传感器朝着微小型、综合型和智能型的发展方向。同时它具有结构和加工工艺简单，量程大，可靠性高等优点。

技术领域

本发明涉及一种利用全方位动热源摆在线加速度作用下发生摆动从而检测运动载体加速度姿态参数的技术领域，尤其是涉及全方位动热源摆式的单轴微机械加速度计及其加工方法，属于惯性测量领域。

背景技术

由于载体姿态测量在民用车辆、铁路建设、工业生产、桥梁建筑、地震研究、大地测绘、地矿勘探、海洋调查、卫星通讯、机器人工程等多种领域中的应用需求，近年来，传感器技术与新兴科学技术间的有机结合将使姿态传感器朝着微小型、综合型和智能型的方向发展。利用微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)技术制作的微型惯性传感器有大批量生产、成本低、体积小、功耗低等诸多优点，是未来中、低精度微型惯性传感器的理想产品。加速度计是载体运动姿态测量和控制的核心惯性传感器。

在加速度计中最常用的是摆式加速度传感器。目前常用的摆式倾角传感器有液体摆式、固体摆式和热流式三大类型。固体摆式倾角传感器结构复杂，成本高，固体摆的运动幅度较大，难以承受高过载或冲击。液体摆式倾角传感器其主要问题是结构部件多，响应时间长，性能随温度变化大。而热流式加速度计敏感质量小，结构简单，有承受高过载、响应时间短、温度性能好和成本低等特点，能在恶劣的环境中应用。目前，市场对微型加速度计适应恶劣苛刻的环境能力要求越来越高，因此在微型加速度传感器中，微机械(MEMS)热流加速度以其超高抗冲击能力和超低制造成本在MEMS传感器中独树一帜，是其它MEMS传感器无法媲美的。

微机械(MEMS)热流加速度计的工作原理是：在密闭的腔体内设置电阻式加热器，在其周围设置对称分布的平行检测热敏电阻，加热器通电加热形成热源向周围发出热流，由于温度场对称分布，因此对热敏电阻的影响一致。当外界有线加速度输入时，热气流的流动方向与加速度方向相同，向输入加速度方向变动，引起气流的温度场不对称分布，使得同一方向的两个相邻检测热敏电阻温度变化相反，两个检测热敏电阻产生温度差。通过惠斯登电桥检测温差就可实现对加速度的检测。中国专利：微型硅桥式热对流加速度传感器(专利申请号02116842.3)中微机械热流加速度计都是利用加热器产生热流在输入线加速度作用下发生移动，造成不对称温度场，通过设置对称的热敏电阻检测温度场的不对称分布。由于热气流速度很小，气流偏转时造成的不对称温度场梯度很小，因此由热敏电阻构成的惠斯登电桥输出的不平衡电压小，传感器的灵敏度低。在现有的解决方案，虽然可以通过加大加热器功率的方法提高灵敏度，但是受到功耗的限制，灵敏度没有实质性的改变和提高，很难突破这一实用化的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全方位动热源摆式的单轴微机械加速度计，以解决现有技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种全方位动热源摆式的单轴微机械加速度计，主要包括敏感层、基底层和盖板，其中，

所述敏感层含有中间加热腔和检测腔，敏感层的上表面设置有一个全方位动热源摆加热器和一对热敏电阻；

定义所述加速度计垂直于热敏电阻和平行于热敏电阻的方向分别为X，Y方向，检测腔的高度方向为Z向；所述全方位动热源摆加热器通过八个完全对称的半圆形支撑梁悬置在敏感层的中心位置；所述热敏电阻平行于Y方向对称放置在加热器的左右两侧，用于检测X轴的加速度；