慣性測量模塊及三軸加速度計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于微機電(MEMS)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說，涉及一種微機電的慣性測量模塊，本實用新型還涉及一種三軸加速度計。
【背景技術(shù)】
[0002]微機電加速度計是基于MEMS技術(shù)的慣性器件，用于測量物體運動的線運動加速度。它具有體積小、可靠性高、成本低廉、適合大批量生產(chǎn)等特點，因此具有廣闊的市場前景，其應(yīng)用領(lǐng)域包括消費電子、航空航天、汽車、醫(yī)療設(shè)備和武器等等。
[0003]目前三軸加速度計通常有兩種實現(xiàn)方式，一種是拼湊的方法，將三個單軸結(jié)構(gòu)或者一個雙軸和一個單軸兩個結(jié)構(gòu)組合在一起實現(xiàn)三個軸向加速度的測量。第二種是采用單結(jié)構(gòu)實現(xiàn)三軸加速度的測量。在單結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方案中一般通過偏心結(jié)構(gòu)測量z軸加速度，在此種方案中除了 Z軸檢測運動利用了結(jié)構(gòu)的偏心特征，在平面內(nèi)某一軸(如X軸或y軸)的檢測運動也會受到結(jié)構(gòu)偏心特征的影響，因而其運動實際為擺動而不是線運動，這種運動方式一方面會加劇軸間耦合，另一方面會減小電容變化量，從而大大降低了檢測的精度。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高的慣性測量模塊。
[0005]為了實現(xiàn)上述的目的，本實用新型的技術(shù)方案是:一種慣性測量模塊，包括:
[0006]基板，以及位于基板上作為下電極的第一極片，
[0007]懸空在基板上方的質(zhì)量塊；所述質(zhì)量塊上設(shè)有與第一極片組成Z軸檢測電容的上電極；
[0008]用于連接基板和質(zhì)量塊的彈性十字梁，所述彈性十字梁包括第一彈性梁以及第二彈性梁，其中，第二彈性梁的兩端連接在基板的錨點上，第一彈性梁的兩端連接質(zhì)量塊；或者是，第一彈性梁的兩端連接在基板的錨點上，第二彈性梁的兩端連接質(zhì)量塊；所述第一彈性梁和/或第二彈性梁的中心偏離質(zhì)量塊的重心；
[0009]所述質(zhì)量塊在Y軸、X軸方向上還設(shè)置有第一可動電極、第二可動電極；所述基板上設(shè)置有用于與第一可動電極、第二可動電極分別組成Y軸檢測電容、X軸檢測電容的第一固定電極、第二固定電極。
[0010]優(yōu)選的是，所述第一彈性梁位于X軸方向上，所述第二彈性梁位于Y軸方向上。
[0011]優(yōu)選的是，所述質(zhì)量塊設(shè)置有通孔，所述第一彈性梁連接在通孔的側(cè)壁上。
[0012]優(yōu)選的是，所述第二彈性梁位于質(zhì)量塊Y軸方向的中線上，所述第一彈性梁偏離質(zhì)量塊X軸方向的中線。
[0013]優(yōu)選的是，所述第一彈性梁位于質(zhì)量塊X軸方向的中線上，所述第二彈性梁偏離質(zhì)量塊Y軸方向的中線。
[0014]優(yōu)選的是，所述第一極片的數(shù)量有兩個，對稱分布在第一彈性梁的兩側(cè)。
[0015]優(yōu)選的是，所述第一可動電極和/或第二可動電極分別設(shè)置有兩個，分別位于質(zhì)量塊相對的兩側(cè)。
[0016]優(yōu)選的是，第一可動電極與第一固定電極之間和/或第二可動電極與第二固定電極之間構(gòu)成梳齒電容結(jié)構(gòu)。
[0017]本實用新型還提供了一種三軸加速度計，包括兩個結(jié)構(gòu)對稱的上述慣性測量模塊；還包括將兩個慣性測量模塊中的質(zhì)量塊連接起來的連接梁。
[0018]優(yōu)選的是，所述連接梁包括位于X軸方向上的橫梁，還包括位于Y軸方向上、一端與橫梁連接一端與質(zhì)量塊側(cè)壁連接的縱梁；所述縱梁與第二彈性梁在一條直線上。
[0019]本實用新型的慣性測量模塊，平面內(nèi)的某一軸(X軸、Y軸)的運動不會受到結(jié)構(gòu)偏心特性的影響，使得X軸、Y軸的運動均是線運動，從而不會加劇軸間的耦合；另一方面也不會降低在質(zhì)量塊在X軸、Y軸上的位移量，從而提高了電容檢測的精度。
【附圖說明】
[0020]圖1示出了本實用新型慣性測量模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2示出了本實用新型三軸加速度計的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3示出了本實用新型慣性測量模塊另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為了使本實用新型解決的技術(shù)問題、采用的技術(shù)方案、取得的技術(shù)效果易于理解，下面結(jié)合具體的附圖，對本實用新型的【具體實施方式】做進(jìn)一步說明。
[0024]參考圖1，本實用新型提供了一種三軸加速度計中的慣性測量模塊，包括基板(視圖未給出)，在該基板上可以布圖慣性測量模塊的電路等部件。該基板上設(shè)置有作為下電極的第一極片4 (視圖中以虛線表示)。
[0025]本實用新型的慣性測量模塊還包括位于基板上方的質(zhì)量塊1，以及將該質(zhì)量塊I支撐在基板上方的支撐系統(tǒng)5。該支撐系統(tǒng)5為一彈性十字梁，其包括第一彈性梁12以及第二彈性梁11，該第一彈性梁12和第二彈性梁11十字交叉固定在一起，優(yōu)選的是，固定連接點位于兩條彈性梁的中部，進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述第一彈性梁12位于X軸方向上，所述第二彈性梁11位于Y軸方向上。其中，第二彈性梁11的兩端連接在基板的錨點6上，而第一彈性梁12的兩端連接質(zhì)量塊I。通過第一彈性梁12、第二彈性梁11、錨點6將質(zhì)量塊I支撐在基板的上方，使得質(zhì)量塊I處于懸空的狀態(tài)。在本實用新型一個具體的實施例中，所述質(zhì)量塊I上設(shè)置有通孔，所述第一彈性梁12的兩端連接在通孔的內(nèi)壁上。當(dāng)然也可以是，參考圖3，第一彈性梁12的兩端連接在基板的錨點6上，而第二彈性梁11的兩端連接質(zhì)量塊I。
[0026]在此需要提醒注意的時，本實用新型只是為了便于描述第一彈性梁12和第二彈性梁11之間的關(guān)系，將第一彈性梁12定為X軸方向，將第二彈性梁11定為Y軸方向，當(dāng)然，也可以將第一彈性梁12定為Y軸方向，第二彈性梁11定為X軸方向，二者之間是相對的。
[0027]本實用新型的慣性測量模塊，所述質(zhì)量塊I在Y軸、X軸方向上還分別設(shè)置有第一可動電極9、第二可動電極10 ;該兩個可動電極固定在質(zhì)量塊I上，例如可以設(shè)置在質(zhì)量塊I的邊緣，并可隨著質(zhì)量塊的運動而同步運動。對應(yīng)地，所述基板上設(shè)置用于與第一可動電極9、第二可動電極10分別組成Y軸檢測電容、X軸檢測電容的第一固定電極2、第二固定電極3。該兩個固定電極固定安裝在基板上，當(dāng)兩個可動電極隨著質(zhì)量塊I發(fā)生運動時，改變固定電極與可動電極之間的面積或距離，從而改變相應(yīng)電容的電容量，以實現(xiàn)該方向上加速度的測量。
[0028]其中，所述第一可動電極9設(shè)置有兩個，分別位于質(zhì)量塊I相對的兩側(cè)。參考圖1的視圖方向，兩個第一可動電極9分別設(shè)置在質(zhì)量塊I的上端和下端，對應(yīng)地，基板上設(shè)置有與兩個第一可動電極9配合的兩個第一固定電極2，當(dāng)有Y軸方向加速度時，質(zhì)量塊沿著Y軸方向運動，使得其中一個第一可動電極9與第一固定電極2之間的面積或距離變大，而另一個第一可動電極9與第一固定電極2之間的面積或距離變小，該兩個Y軸檢測電容構(gòu)成了差分電容結(jié)構(gòu)，提高了 Y軸加速度檢測的精度。
[0029]基于同樣的道理，所述第二可動電極10也可設(shè)置有兩個，分別位于質(zhì)量塊I在X軸方向上的兩側(cè)。參考圖1的視圖方向，兩個第二可動電極10分別設(shè)置在質(zhì)量塊I的左端和右端，對應(yīng)地，基板上設(shè)置有與兩個第二可動電極10配合的兩個第二固定電極3，當(dāng)有X軸方向的加速度時，質(zhì)量塊I沿著X軸方向運動，使得其中一個第二可動電極10與第二固定電極3之間的面積或距離變大，而另一個第二可動電極10與第二固定電極3之間的面積或距離變小，該兩個X軸檢測電容構(gòu)成了差分電容結(jié)構(gòu)，提高了 X軸加速度檢測的精度。
[0030]第一可動電極9與第一固定電極2之間和/或第二可動電極10與第二固定電極3之間可以采用梳齒狀的電容結(jié)構(gòu)，梳齒電容的結(jié)構(gòu)屬于現(xiàn)有的技術(shù)，在此不再具體說明。
[0031]本實用新型的慣性測量模塊，所述第一彈性梁12和/或第二彈性梁11的中心偏離質(zhì)量塊I的重心。使得該慣性測量模塊在受到相應(yīng)外力的時候，可以相對于第一彈性梁12和/或第二彈性梁11發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
[0032]例如，在本實用新型一個具體的實施例中，所述第一彈性梁12位于質(zhì)量塊IX軸方向的中線上，以圖1的視圖方向為參考，也就是說該第一彈性梁12到質(zhì)量塊I上端的距離與其到質(zhì)量塊I下端的距離相等；而所述第二彈性梁11偏離質(zhì)量塊IY軸方向的中線，以圖1的視圖方向為參考，也就