專利名稱：基于單質(zhì)量塊的單軸集成慣性測量器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機械電子技術(shù)，具體是一種基于單質(zhì)量塊的單軸集成慣性測量器件。
背景技術(shù)：
目前，硅微慣性測量組合通常有兩種組合方式一種是通過機械裝配將6個單軸慣性傳感器(即3個加速度計和3個陀螺儀)按需要分別安裝在立方體的幾個正交面上，可稱為多片集成。其中各慣性傳感器比較獨立，可以根據(jù)需要靈活選用；但該方式不適于量產(chǎn)并且會因安裝造成各傳感器敏感軸不能完全正交，進而影響姿態(tài)解算；另一種則是通過一種微細加工工藝將所需的多個硅微慣性傳感器同時在硅片上加工出來，甚至可能將接口電路也集成在硅片上，可稱之為單片集成。單片集成的方式避免了復雜的機械組裝，還可以批量生產(chǎn)，同時所采用的微細加工工藝可以充分保障各個慣性傳感器之間的正交度.但該集成方式仍不夠成熟，研究主要集中在大學為主的科研機構(gòu)中。
傳統(tǒng)測量某一方向線加速度和角加速度時，通常將兩個單軸的加速度計、陀螺儀組裝在一起構(gòu)成單軸的慣性測量組合，這樣構(gòu)成的單質(zhì)量塊單軸集成慣性測量器件測量組合的機械精度和微小化程度都有所降低，同時，將一個加速度計和一個陀螺儀制作在一起，結(jié)構(gòu)相對復雜，體積和質(zhì)量相對大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有由一個加速度計和一個陀螺儀組裝成的微慣性測量組合(即單軸微慣性測量組合)存在結(jié)構(gòu)相對復雜、體積和質(zhì)量相對較大等問題，提供一種基于單質(zhì)量塊的單軸集成慣性測量器件。并只以提供該器件的表頭硬件結(jié)構(gòu)為目的，不涉及(公知的)輸出信號的后續(xù)處理及相應得處理電路。
本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的基于單質(zhì)量塊的單軸集成慣性測量器件，包括質(zhì)量塊、玻璃蓋底，質(zhì)量塊通過支撐梁支懸于玻璃蓋底上方，質(zhì)量塊由質(zhì)量芯塊、和通過彈性梁分別與質(zhì)量芯塊四邊相固定的四塊支撐體構(gòu)成，Y向相對的支撐體外側(cè)固定有檢測活動梳齒，X向相對的支撐體外側(cè)固定有驅(qū)動活動梳齒，與檢測活動梳齒、驅(qū)動活動梳齒配合的檢測固定梳齒和驅(qū)動固定梳齒固定于玻璃蓋底上，質(zhì)量芯塊的下端面與玻璃蓋底上對應地固定有構(gòu)成平板電容的電極。
所述支撐梁為折疊狀彈性梁，其端部設(shè)有用于將其與玻璃蓋底錨固的錨固塊。
使用時，將該測量器件固定于載體上，當載體受到沿Z方向的線加速度時，測量器件隨著載體在Z方向作線性運動，使得質(zhì)量塊產(chǎn)生一個Z方向上的位移，從而引起質(zhì)量芯塊的下端面和玻璃蓋底上的對應電極所構(gòu)成的平板電容的電容值發(fā)生變化；同時，在驅(qū)動固定梳齒上加載交變的驅(qū)動電壓(即沿X方向加載靜電驅(qū)動力)，在驅(qū)動電壓作用下，質(zhì)量塊沿X方向作簡諧振動，當載體受到沿Z方向角速度時，由于哥氏效應，便會產(chǎn)生一個沿Y方向的哥氏力，此時，質(zhì)量塊便會沿Y方向的振動，產(chǎn)生位移，從而使得由檢測活動梳齒與檢測固定梳齒構(gòu)成的梳齒電容的電容值發(fā)生變化，通過梳齒電容和平板電容的電容值的變化，通過后續(xù)信號處理得出Z向的加速度值和角速度值。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用由質(zhì)量芯塊、和通過彈性梁分別與質(zhì)量芯塊四邊相固定的四塊支撐體構(gòu)成的質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，并將驅(qū)動梳齒與檢測梳齒分別對稱的分布于四個支撐體上，不但提高了測量靈敏度；同時，亦能將x、y、z三軸各自的運動對其它方向產(chǎn)生的影響降到最小，結(jié)構(gòu)在Y方向運動時，X向支撐梁的變形可以忽略不計，可將它們看作是固定的錨點，而只考慮Y向兩支撐梁的變形；同理，當結(jié)構(gòu)在X方向運動時，Y向兩支撐梁的變形可以忽略不計?？捎杀炯夹g(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通過仿真實驗和原理推導分析證實；再次，采用折疊狀彈性梁作為支撐梁，使得各個方向的機械交叉耦合相對較小，并具有一定的應力釋放作用，有很高的綜合性能，提高了量程和線性度。單獨輸出、檢測加速度和角速度兩種信號，減小了兩種信號的分離難度，簡化了后續(xù)信號處理電路的設(shè)計。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，易于加工，能同時敏感同方向上的加速度和角速度值，具有可靠性高、體積小、抗干擾能力強、精度高、檢測向量平行和正交精度高等顯著特點，避免了因分立元件組合所帶來的各種不必要的誤差。實用價值較高。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A剖面圖；圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立體示意圖；圖中1-玻璃蓋底；2-支撐梁；3-質(zhì)量芯塊；4-支撐體；5-彈性梁；6-檢測活動梳齒；7-檢測固定梳齒；8-驅(qū)動活動梳齒；9-驅(qū)動固定梳齒；10-電極；11-錨固塊。
具體實施方法基于單質(zhì)量塊的單軸集成慣性測量器件，包括質(zhì)量塊、玻璃蓋底1，質(zhì)量塊通過支撐梁2支懸于玻璃蓋底1上方，質(zhì)量塊由質(zhì)量芯塊3、和通過彈性梁5分別與質(zhì)量芯塊3四邊相固定的四塊支撐體4構(gòu)成，Y向相對的支撐體4外側(cè)固定有檢測活動梳齒6，X向相對的支撐體外側(cè)固定有驅(qū)動活動梳齒8，與檢測活動梳齒6、驅(qū)動活動梳齒8配合的檢測固定梳齒7和驅(qū)動固定梳齒9固定于玻璃蓋底1上，質(zhì)量芯塊3的下端面與玻璃蓋底1上對應地固定有構(gòu)成平板電容的電極10。所述支撐梁2為折疊狀彈性梁，其端部設(shè)有用于將其與玻璃蓋底1錨固的錨固塊11。
具體實施時，質(zhì)量芯塊3每邊和支撐體4通過兩個平行彈性梁5固定；質(zhì)量塊的單個支撐體4通過對稱的四個支撐梁2支撐固定。
權(quán)利要求
1.一種基于單質(zhì)量塊的單軸集成慣性測量器件，包括質(zhì)量塊、玻璃蓋底(1)，質(zhì)量塊通過支撐梁(2)支懸于玻璃蓋底(1)上方，其特征在于質(zhì)量塊由質(zhì)量芯塊(3)、和通過彈性梁(5)分別與質(zhì)量芯塊(3)四邊相固定的四塊支撐體(4)構(gòu)成，Y向相對的支撐體(4)外側(cè)固定有檢測活動梳齒(6)，X向相對的支撐體外側(cè)固定有驅(qū)動活動梳齒(8)，與檢測活動梳齒(6)、驅(qū)動活動梳齒(8)配合的檢測固定梳齒(7)和驅(qū)動固定梳齒(9)固定于玻璃蓋底(1)上，質(zhì)量芯塊(3)的下端面與玻璃蓋底(1)上對應地固定有構(gòu)成平板電容的電極(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單質(zhì)量塊的單軸集成慣性測量器件，其特征在于所述支撐梁(2)為折疊狀彈性梁，其端部設(shè)有用于將其與玻璃蓋底(1)錨固的錨固塊(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于單質(zhì)量塊的單軸集成慣性測量器件，其特征在于質(zhì)量芯塊(3)每邊和支撐體(4)通過兩個平行彈性梁(5)固定；質(zhì)量塊的單個支撐體(4)通過對稱的四個支撐梁(2)支撐固定。
全文摘要
本發(fā)明涉及微機械電子技術(shù)，具體是一種基于單質(zhì)量塊的單軸集成慣性測量器件。解決了現(xiàn)有單軸微慣性測量組合存在結(jié)構(gòu)相對復雜、體積和質(zhì)量相對較大等問題，包括質(zhì)量塊、玻璃蓋底，質(zhì)量塊通過支撐梁支懸于玻璃蓋底上方，質(zhì)量塊由質(zhì)量芯塊、和通過彈性梁分別與質(zhì)量芯塊四邊相固定的四塊支撐體構(gòu)成，Y向相對的支撐體外側(cè)固定有檢測活動梳齒，X向相對的支撐體外側(cè)固定有驅(qū)動活動梳齒，檢測固定梳齒和驅(qū)動固定梳齒固定于玻璃蓋底上，質(zhì)量芯塊的下端面與玻璃蓋底上對應地固定有構(gòu)成電容的電極。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，易于加工，具有可靠性高、體積小、抗干擾能力強、精度高、檢測向量平行和正交精度高等顯著特點。
文檔編號G01P15/14GK101038299SQ200710061740
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月21日
發(fā)明者劉俊, 石云波, 張文棟, 馬宗敏, 崔永俊, 薛晨陽, 楊玉華 申請人:中北大學