電容式加速度計的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電容式加速度計，包括基板、檢測質(zhì)量塊及至少一個支撐基座，支撐基座固定在所述基板上，檢測質(zhì)量塊通過一相對設(shè)置的彈片以非對稱的方式懸置在支撐基座的表面，在基板上相對設(shè)置有至少兩個電極，電極分別對應(yīng)于檢測質(zhì)量塊質(zhì)量較大的一側(cè)和質(zhì)量較小的一側(cè)，用于與檢測質(zhì)量塊形成電容，所述支撐基座具有一支撐中心，所述電極具有一電極中心，所述支撐中心與所述電極中心重合，且所述支撐基座到所述支撐中心的平均距離與所述電極到所述電極中心的平均距離相等或近似相等。本發(fā)明的優(yōu)點在于，所述支撐基座到所述支撐中心的平均距離與所述電極到所述電極中心的平均距離相等，導(dǎo)致電極間隙變化減小，從而使靈敏度變化減小，靈敏度更加穩(wěn)定。
【專利說明】電容式加速度計

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電容式加速度計【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種靈敏度穩(wěn)定的電容式加速度計。

【背景技術(shù)】
[0002]電容式加速度計內(nèi)部存在一個質(zhì)量塊，從單個單元來看，它是標(biāo)準(zhǔn)的平板電容器。加速度的變化帶動活動質(zhì)量塊的移動從而改變平板電容兩極的間距和正對面積，通過測量電容變化量來計算加速度。電容式加速度計具有靈敏度高、功耗低、溫度特性好、能工作在力平衡閉環(huán)模式下等優(yōu)點，因而得到了廣泛的研究和應(yīng)用。但是目前的電容式三軸加速度計的靈敏度還不能滿足需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種電容式加速度計，其能夠具有穩(wěn)定的靈敏度。
[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種電容式加速度計，包括基板、檢測質(zhì)量塊及至少一個支撐基座，所述支撐基座固定在所述基板上，所述檢測質(zhì)量塊通過一相對設(shè)置的彈片以非對稱的方式懸置在所述支撐基座上，在所述基板上相對設(shè)置有至少兩個電極，所述電極分別對應(yīng)于所述檢測質(zhì)量塊質(zhì)量較大的一側(cè)和質(zhì)量較小的一側(cè)，用于與所述檢測質(zhì)量塊形成電容，所述支撐基座具有一支撐中心，所述電極具有一電極中心，所述支撐中心與所述電極中心重合，且所述支撐基座到所述支撐中心的平均距離與所述電極到所述電極中心的平均距離相等或近似相等。
[0005]進(jìn)一步，所述支撐中心為支撐基座中心對稱的中心。
[0006]進(jìn)一步，所述電極中心為電極中心對稱的中心。
[0007]進(jìn)一步，所述電容式加速度計包括至少一個第一梳齒狀電容組，所述第一梳齒狀電容組包括固定設(shè)置在所述基板上的第一感測電容板，設(shè)置在所述檢測質(zhì)量塊上與所述第一感測電容板相應(yīng)位置的第二感測電容板，當(dāng)所述電容式加速度計存在一與基板表面平行的第一方向的加速度時，所述第一梳齒狀電容組的電容發(fā)生變化。
[0008]進(jìn)一步，所述電容式加速度計包括至少一個第二梳齒狀電容組，所述第二梳齒狀電容組包括固定設(shè)置在所述基板上的第一感測電容板，設(shè)置在所述檢測質(zhì)量塊上與所述第一感測電容板相應(yīng)位置的第二感測電容板，當(dāng)所述電容式加速度計存在一與基板表面平行的第二方向的加速度時，所述第二梳齒狀電容組的電容發(fā)生變化，所述第一方向與所述第二方向垂直。
[0009]進(jìn)一步，所述基板及支撐基座的材料為絕緣材料。所述檢測質(zhì)量塊的材料為半導(dǎo)體或?qū)w。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點在于，所述支撐基座到所述支撐中心的平均距離與所述電極到所述電極中心的平均距離相等，導(dǎo)致電極間隙變化減小，從而使靈敏度變化減小，靈敏度更加穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]附圖1所示為本發(fā)明電容式加速度計第一【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2所示為本發(fā)明檢測質(zhì)量塊與電極的位置示意圖；
附圖3所示為本發(fā)明電容式加速度計的第二【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖4所示為本發(fā)明電容式加速度計第三【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的電容式加速度計的【具體實施方式】做詳細(xì)說明。
[0013]附圖1所示為本發(fā)明電容式加速度計第一【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖2所示為本發(fā)明檢測質(zhì)量塊與電極的位置示意圖。參見附圖1及附圖2所示，電容式加速度計100包括基板I，檢測質(zhì)量塊2及至少一個支撐基座3。
[0014]所述支撐基座3固定在所述基板I上。所述支撐基座3具有一支撐中心(附圖中未標(biāo)示)，所述支撐中心為支撐基座3形成的中心，例如，支撐基座3呈中心對稱設(shè)置，則支撐中心為支撐基座的對稱中心。例如，所述支撐基座3為兩個的時候，所述支撐中心3即為兩個支撐基座3連線的中心。在本【具體實施方式】中，所述支撐基座3為兩個。一般情況下，所述支撐基座3均對稱分布，以便于更好地支撐檢測質(zhì)量塊2。
[0015]所述檢測質(zhì)量塊2通過一相對設(shè)置的彈片4以非對稱的方式懸置在所述支撐基座3上，在本【具體實施方式】中，所述檢測質(zhì)量塊2通過兩個彈片4分別連接在兩個支撐基座3的表面。所述非對稱的方式指的，以兩個支撐基座3的連線為分界線，檢測質(zhì)量塊2位于兩個支撐基座3的連線兩側(cè)的質(zhì)量不相等，檢測質(zhì)量塊2位于兩個支撐基座3的連線一側(cè)的質(zhì)量大于檢測質(zhì)量塊2位于兩個支撐基座3的連線另一側(cè)的質(zhì)量。檢測質(zhì)量塊2位于兩個支撐基座3的連線兩側(cè)的質(zhì)量不相等可以但不限于通過以下方式實現(xiàn):檢測質(zhì)量塊2位于兩個支撐基座3的連線一側(cè)的體積大于檢測質(zhì)量塊2位于兩個支撐基座3的連線另一側(cè)的體積，從而使得檢測質(zhì)量塊2體積較大的一側(cè)的質(zhì)量較大；或者在檢測質(zhì)量塊2位于兩個支撐基座3的連線一側(cè)設(shè)置質(zhì)量塊，使得檢測質(zhì)量塊2的兩側(cè)出現(xiàn)質(zhì)量差。
[0016]所述基板I包括至少兩個電極5，在附圖1中采用虛線表示。所述電極5分別對應(yīng)于所述檢測質(zhì)量塊2質(zhì)量較大的一側(cè)和質(zhì)量較小的一側(cè)，用于與所述檢測質(zhì)量塊形成電容。當(dāng)所述電容式加速度計100存在一與基板I平面垂直方向的加速度時，例如，Z軸方向的加速度，所述檢測質(zhì)量塊2以所述彈片21所在直線為軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，質(zhì)量較大的一側(cè)向基板I傾斜，質(zhì)量較小的一側(cè)遠(yuǎn)離基板I，在這種情況下，檢測質(zhì)量塊2與電極5之間的電容發(fā)生變化，通過測量差分電容，可以測量電容式加速度計100在Z軸方向的加速度，從而檢測安放有該電容式加速度計100的物體在Z軸方向的加速度。
[0017]所述電極5具有一電極中心(附圖中未標(biāo)示)，所述電極中心為至少兩個電極5形成的中心,例如,至少兩個電極5呈中心對稱設(shè)置，則電極中心為電極5的對稱中心，例如，在本【具體實施方式】中，所述電極5為四個，所述四個電極5分別放在虛擬的正方形頂點，則電極中心即為該正方形的中心；在本發(fā)明其他實施方式中，所述電極5為兩個，則所述電極中心為兩個電極5連線中點。一般情況下，所述電極5均成對出現(xiàn)，分別設(shè)置在檢測質(zhì)量塊2質(zhì)量較大的一側(cè)和質(zhì)量較小的一側(cè)，當(dāng)檢測質(zhì)量塊2發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，兩側(cè)的電容變化不同，從而可以測量該差分電容來測量加速度。
[0018]所述支撐中心與所述電極中心重合，當(dāng)然，在誤差允許的范圍內(nèi)，所述支撐中心與所述電極中心近似重合。在設(shè)計電容式加速度計100的時候，為了保證電容式加速度計100整體的平衡性，所述支撐中心及電極中心會盡量與所述檢測質(zhì)量塊2的旋轉(zhuǎn)中心重合，從而，所述支撐基座中心與所述電極中心重合或近似重合。
[0019]每個支撐基座3到所述支撐中心具有一距離，該距離具有一平均數(shù)即為平均距離，在本發(fā)明中，為便于后續(xù)描述，定義該平均距離為LI。在本【具體實施方式】中，所述兩個支撐基座3到支撐中心的距離相等，即等于平均距離LI，標(biāo)示于圖1中。
[0020]每個電極5到所述電極中心具有一距離，該距離具有一平均數(shù)即為平均距離，在本發(fā)明中，為便于后續(xù)描述，定義該平均距離為L2。在本【具體實施方式】中，所述四個電極5位于虛擬正方形的頂點，所述電極中心為所述虛擬正方形中心，每個電極5到該電極中心距離相等，即等于平均距離L2，標(biāo)示于圖1中。
[0021]如附圖2所示，電極5與位于電極5上方的檢測質(zhì)量塊2間具有一距離M，相當(dāng)于電容兩個極板之間的距離。當(dāng)檢測質(zhì)量塊2受到Z軸方向的力時，距離M發(fā)生變化，距離M的變化定義為dM，所述距離變化dM滿足以下關(guān)系式:
dM/M=K/2*Ll2- K/2*L22(I)
其中，所述K為基板I的曲率，在基板I材質(zhì)及形狀不變的情況下，所述曲率K不變，LI為支撐基座3到支撐中心的平均距離，L2為電極5到電極中心的平均距離。
[0022]電容式加速度計100在Z軸方向的靈敏度S的變化，在本發(fā)明中定義為dS，所述靈敏度變化dS與電極5與檢測質(zhì)量塊2間的距離的變化dM滿足以下關(guān)系:
dS/S= (dM/M)2(2)
結(jié)合公式(I)與公式(2)，可以得出公式(3):
dS/S= K2/4* (LI2- L22) 2(3)
從公式(3)可以看出，靈敏度變化dS與支撐基座3到支撐中心的平均距離LI及電極5到電極中心的平均距離L2的平方差的平方成正比，也就是說，支撐基座3到支撐基座中心的平均距離LI及電極5到電極中心的平均距離L2的平方差的平方越小，靈敏度變化dS越小，靈敏度S越穩(wěn)定。在本發(fā)明中，支撐基座3到支撐基座中心的平均距離LI，電極5到電極中心的平均距離L2相等，在誤差允許的范圍內(nèi)，支撐基座3到支撐基座中心的平均距離LI，電極5到電極中心的平均距離L2近似相等，則電容式加速度計100在Z軸方向的靈敏度不變或者變化很小，從而電容式加速度計100在Z軸方向的靈敏度趨于穩(wěn)定。
[0023]在本【具體實施方式】中，所述電容式加速度計100進(jìn)一步包括至少一個第一梳齒狀電容組6,在本【具體實施方式】中,包括兩個第一梳齒狀電容組6。所述兩個第一梳齒狀電容組6沿兩個支撐基座3連線的方向兩兩相對設(shè)置。所述第一梳齒狀電容組6包括固定設(shè)置在所述基板I上的第一感測電容板61，設(shè)置在所述檢測質(zhì)量塊2上與所述第一感測電容板61相應(yīng)位置的第二感測電容板62。當(dāng)所述電容式加速度計100存在一與基板I表面平行的第一方向的加速度時，所述檢測質(zhì)量塊2沿平行于基板I平面的第一方向發(fā)生移動，所述第一感測電容板61與所述第二感測電容板62的正對面積發(fā)生變化，從而導(dǎo)致第一梳齒狀電容組6的電容值發(fā)生變化。因此，通過測量第一梳齒狀電容組的電容值的變化，就可以感測出電容式加速度計100的加速度。在本發(fā)明中，所述第一方向指的是X軸方向。
[0024]在本【具體實施方式】中，進(jìn)一步所述電容式加速度計100包括至少一個第二梳齒狀電容組7，在本【具體實施方式】中，包括兩個第二梳齒狀電容組7。所述兩個第二梳齒狀電容組7沿垂直兩個支撐基座3連線的方向兩兩相對設(shè)置。所述第二梳齒狀電容組7包括固定設(shè)置在所述基板I上的第一感測電容板71，設(shè)置在所述檢測質(zhì)量塊2上與所述第一感測電容板71相應(yīng)位置的第二感測電容板72。當(dāng)所述電容式加速度計100存在一與基板I表面平行的第二方向的加速度時，所述檢測質(zhì)量塊2在平行于基板平面的第二方向發(fā)生移動，所述第一感測電容板71與所述第二感測電容板72的距離發(fā)生變化，導(dǎo)致所述第二梳齒狀電容組7的電容發(fā)生變化，所述第一方向與所述第二方向垂直。因此，通過測量第二梳齒狀電容組7的電容值的變化，就可以感測出電容式加速度計100的加速度。在本發(fā)明中，所述第二方向指的是Y軸方向。
[0025]所述基板I及支撐基座3的材料可以是絕緣材料，如玻璃或陶瓷，所述檢測質(zhì)量塊2的材料可以是半導(dǎo)體或?qū)w，例如是硅。
[0026]附圖3所示為本發(fā)明電容式加速度計的第二【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。參見附圖3所示，在本發(fā)明第二【具體實施方式】中，所述電容式加速度計還包括一框架8，所述框架8通過相對設(shè)置的柔性結(jié)構(gòu)9連接到所述支撐基座3上，所述檢測質(zhì)量塊2通過相對設(shè)置彈片4連接到框架8上。四個電極5位于兩個支撐基座3之間。支撐基座3到支撐中心的平均距離LI，電極5到電極中心的平均距離L2如圖中的標(biāo)示，當(dāng)LI與L2相等時，所述電容式加速度計100的靈敏度最穩(wěn)定。
[0027]附圖4所示為本發(fā)明電容式加速度計第三【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖，參見圖4所示，在本【具體實施方式】中，所述支撐基座3為一個，則所述支撐中心即為所述支撐基座3所在的位置，即支撐基座3到支撐中心的平均距離LI為零。所述電極5為四個，所述電極中心與所述支撐中心重合，為了使電容式加速度計靈敏度穩(wěn)定，在不影響其他器件的情況下，所述電極5到電極中心的平均距離L2越小越好。
[0028]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電容式加速度計，包括基板、檢測質(zhì)量塊及至少一個支撐基座，所述支撐基座固定在所述基板上，所述檢測質(zhì)量塊通過一相對設(shè)置的彈片以非對稱的方式懸置在所述支撐基座的表面，在所述基板上相對設(shè)置有至少兩個電極，所述電極分別對應(yīng)于所述檢測質(zhì)量塊質(zhì)量較大的一側(cè)和質(zhì)量較小的一側(cè)，用于與所述檢測質(zhì)量塊形成電容，其特征在于，所述支撐基座具有一支撐中心，所述電極具有一電極中心，所述支撐中心與所述電極中心重合，且所述支撐基座到所述支撐中心的平均距離與所述電極到所述電極中心的平均距離相等或近似相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式加速度計，其特征在于，所述支撐中心為支撐基座中心對稱的中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式加速度計，其特征在于，所述電極中心為電極中心對稱的中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式加速度計，其特征在于，所述電容式加速度計進(jìn)一步包括至少一個第一梳齒狀電容組，所述第一梳齒狀電容組包括固定設(shè)置在所述基板上的第一感測電容板，設(shè)置在所述檢測質(zhì)量塊上與所述第一感測電容板相應(yīng)位置的第二感測電容板，當(dāng)所述電容式加速度計存在一與基板表面平行的第一方向的加速度時，所述第一梳齒狀電容組的電容發(fā)生變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電容式加速度計，其特征在于，所述電容式加速度計進(jìn)一步包括至少一個第二梳齒狀電容組，所述第二梳齒狀電容組包括固定設(shè)置在所述基板上的第一感測電容板，設(shè)置在所述檢測質(zhì)量塊上與所述第一感測電容板相應(yīng)位置的第二感測電容板，當(dāng)所述電容式加速度計存在一與基板表面平行的第二方向的加速度時，所述第二梳齒狀電容組的電容發(fā)生變化，所述第一方向與所述第二方向垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式加速度計，其特征在于，所述基板及支撐基座的材料為絕緣材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式加速度計，其特征在于，所述檢測質(zhì)量塊的材料為半導(dǎo)體或?qū)w。
【文檔編號】G01P15/125GK104459199SQ201310426346
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】裘進(jìn) 申請人:上海矽?？萍加邢薰?br>