具有电感性传感器的加速度计制造技术

本公开涉及具有电感性传感器的加速度计。如本文公开的加速度计包括支撑晶片、底部晶片、顶部晶片和电感性传感器。支撑晶片可以限定平面并可以包括第一侧、第二侧和检测质量块。检测质量块可以配置为在由支撑晶片限定的平面中移动。底部晶片可以包括第一侧和第二侧，并且第一侧可以位于支撑晶片的第一侧之上。顶部晶片可以包括第一侧和第二侧，并且第一侧可以位于支撑晶片的第二侧之上。电感性传感器可以包括近场谐振导电耦合机构并可以配置为输出指示检测质量块的位移的量的信号到电子器件。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及加速度计。
技术介绍
加速度计可以被分类为开环式加速度计或闭环式加速度计。开环式加速度计具有在存在惯性力时位移的检测质量块，并且，位移的量被测量以确定加速度值。相反，闭环式加速度计具有被伺服系统维持在固定位置中的检测质量块。维持该位置所必需的由伺服系统产生的力被测量以确定加速度值。传统的闭环式加速度计设计可以利用电容性传感器(pick-off)以对检测质量块的位移进行检测。导电材料(例如，电容器板)可以被设置在检测质量块的上表面上，并且类似的导电材料可以被设置在检测质量块的下表面上。沿加速度计的量测轴施加的加速度或力使检测质量块向上或向下偏转，从而使传感器电容板与上和下激励环之间的距离(例如，电容性间隙)发生变化。电容性间隙的该变化导致电容性元件的电容的改变，其指示检测质量块沿量测轴的位移。电容的改变可以被用作位移信号并被应用于伺服系统，该伺服系统包括一个或多个使检测质量块返回至零位(nullposition)或静止位置的电磁体(例如，力重新平衡线圈)。
技术实现思路
一般而言，本公开涉及可通过利用具有电感性传感器的开环式双轴加速度计增大加速度计的耐温性(即，在具有1000℃周围的环境温度的恶劣环境中操作的能力)的系统、设备和技术。加速度计可利用对检测质量块的平面内运动进行检测的近场电感性传感器。例如，电感性传感器可以操作为使用近场谐振电感性耦合机构的可变变压器，。在一些示例中，电感性传感器可以包括与目标线圈磁耦合的四个电感性传感线圈和瞬态磁场源。传感线圈输出馈给输入到电子器件。电子器件可使用信号处理算法来确定检测质量块的位移。在一些示例中，加速度计管芯可被制作为由一种材料制成的三个接合晶片的单片结构。在一个示例中，本公开涉及一种加速度计，其包括支撑晶片、底部晶片、顶部晶片和电感性传感器。支撑晶片限定平面并包括检测质量块，其配置为在由支撑晶片限定的平面内移动。底部晶片具有位于支撑晶片的第一侧之上的第一侧。顶部晶片具有位于支撑晶片的第二侧之上的第一侧。电感性传感器包括近场谐振电感性耦合机构，其配置为向电子器件输出信号，且该信号指示检测质量块的位移的量。在另一个示例中，本公开涉及一种用于加速度计的电感性传感器系统。该电感性传感器系统包括源线圈、目标线圈、多个传感线圈。源线圈配置为接收产生源电流的施加的电压，并基于源电流发射第一电磁能量。目标线圈位于加速度计的检测质量块上，并配置为接收第一电磁能量的在目标线圈中产生目标电流的部分，并基于目标电流发射第二电磁能量。该多个传感线圈中的每一个均配置为接收第二电磁能量的产生传感电压信号的部分，并向电子器件输出传感电压信号，并且该多个传感电压信号指示加速度计的检测质量块的位移的量。在又一个示例中，本公开涉及一种方法，其包括：由源线圈接收在源线圈中产生源电流的施加的电压；由源线圈基于源电流发射第一电磁能量；由位于检测质量块上的目标线圈接收第一电磁能量的在目标线圈中产生目标电流的部分；由目标线圈基于目标电流发射第二电磁能量；由多个传感线圈中的每一个接收第二电磁能量的产生传感电压信号的部分；和由该多个传感线圈中的每一个向电子器件输出传感电压信号，其中该多个传感电压信号指示检测质量块的位移的量。本公开的一个或多个示例的细节在附图和以下描述中阐述。本公开的其他特征、目的和益处将从描述和附图中以及从权利要求中显而易见。附图说明图1是图示了根据本文所述技术的加速度计的透视图的概念图，该加速度计具有顶部晶片、支撑晶片和底部晶片。图2是图示了图1的加速度计的横截面的概念图。图3是图示了根据本文所述技术的示例支撑晶片的顶视图的概念图，该支撑晶片具有检测质量块、检测质量块挠曲部和目标线圈。图4是图示了根据本文所述技术的源线圈、目标线圈和传感线圈之间的电感性耦合的示例的电路图。图5是图示了根据本文所述技术的源线圈的示例的概念图。图6是图示了根据本文所述技术的示例电感性传感器的概念图，该电感性传感器具有源线圈、目标线圈、和多个传感线圈中的一个。图7是图示了根据本文所述技术的源线圈、目标线圈、和多个传感线圈中的一个之间的电磁能量的无线传输的概念图。图8是图示了图5的多个传感线圈中的一个的示例的概念图。图9是图示了根据本文所述技术的在源线圈的横截面上源线圈和目标线圈之间的示例耦合因子变化的图表。图10是图示了根据本文所述技术的多个传感线圈中的一个和由目标线圈产生的磁场的示例重叠区域的概念图。图11是图示了根据本文所述技术的示例系统的概念图。图12是图示了根据本文所述技术的用于根据从多个传感线圈接收的输出确定加速度值的示例操作的框图。图13和14是图示了根据本文所述技术的基于正弦(SIN)三角函数而成形的传感线圈的示例顶视图的概念图。图15是图示了根据本文所述技术的用于根据从基于SIN三角函数而成形的多个传感线圈接收的输出确定加速度值的另一示例操作的框图。图16是图示了根据本文所述技术的用于操作图1的加速度计的技术的流程图。图17A-17D是图示了根据本文所述技术的用于制造加速度计的示例操作的概念图。具体实施方式航空工业和油气钻井工业对能够在恶劣环境(例如，环境温度高达1000℃或更高的环境)中操作的加速度计有商业需要。传统的加速度计设计利用不适于高温应用的电容性传感器。具体地，在一些示例中，在恶劣环境中操作的高温传感器需要将传感器电子器件与换能器相连接的冗长高温线缆。传感器电子器件可能从传统的换能器接收具有由于换能器的线缆连接和高频特性而导致的显著误差水平的信号。此外，在一些示例中，高温加速度计可由高温材料制成，该高温材料诸如是具有高键能的氧化物晶体。在这些示例中，传统的微加工微机电系统(MEMS)技术需要在制造高温加速度计时要应用的诀窍的显著改变。与传统加速度计设计形成对照，本文所述设备和技术提供了简单且鲁棒的加速度计设计，其具有晶片级上的气密封和高温稳定性。另外，本文所述设备和技术可以比传统加速度计操作更低的频域，这可以防止由换能器和电子器件之间的阻抗匹配引起的电连接中的困难。一般而言，本文公开的设备和技术涉及具有电感性传感器的开环式双轴加速度计。与上述的传统加速度计形成对照，本公开的加速度计管芯可以是利用微加工技术(例如MEMS技术)由耐高温材料制成的。图1是图示了加速度计1的透视图的概念图。加速度计1包括顶部晶片2、支撑晶片4、底部晶片6和电感性传感器8。加速度计1包括检测质量块，其可以是气密封装的移动体。例如，支撑晶片4可以包括检测质量块。在图1的示例中，电感性传感器8(例如电感性传感器系统)包括源线圈10、传感线圈12-18。在一些示例中，源线圈10和传感线圈12-18可以具有顶部晶片2的边缘处的连接垫。在一些示例中，源线圈10可以处于底部晶片6上，并且一些或所有传感线圈12-18可以处于顶部晶片2上。在其他示例中，源线圈10可以处于顶部晶片2上，并且一些或所有传感线圈12-18可以处于底部晶片6上。支撑晶片4限定平面并包括检测质量块。支撑晶片4的检测质量块可以在由支撑晶片4限定的平面内做平面内位移。例如，检测质量块可以响应于施加到加速度计1的惯性负载而位移。在一些示例中，加速度计1可以利用接合到支撑晶片4的顶部晶片2和底部晶片6来气密封装支撑晶片4的检测质量块。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加速度计，其包括：支撑晶片，其限定平面并包括检测质量块，其中所述检测质量块被配置为在由所述支撑晶片限定的平面中移动；底部晶片，其中所述底部晶片的第一侧位于所述支撑晶片的第一侧之上；顶部晶片，其中所述顶部晶片的第一侧位于所述支撑晶片的第二侧之上；和电感性传感器，其中所述电感性传感器包括近场谐振电感性耦合机构并被配置为输出信号到电子器件，并且其中所述信号指示所述检测质量块的位移的量。

【技术特征摘要】
2015.07.24 US 14/8090061.一种加速度计，其包括：支撑晶片，其限定平面并包括检测质量块，其中所述检测质量块被配置为在由所述支撑晶片限定的平面中移动；底部晶片，其中所述底部晶片的第一侧位于所述支撑晶片的第一侧之上；顶部晶片，其中所述顶部晶片的第一侧位于所述支撑晶片的第二侧之上；和电感性传感器，其中所述电感性传感器包括近场谐振电感性耦合机构并被配置为输出信号到电子器件，并且其中所述信号指示所述检测质量块的位移的量。2.根据权利要求1所述的加速度计，其中所述电感性传感器进一步被配置为：由源线圈接收在源线圈中产生源电流的施加的电压，由所述源线圈基于所述源电流发射第一电磁能量，由位于所述检测质量块上的目标线圈接收所述第一电磁能量的在所述目标线圈中产生目标电流的部分，由所述目标线圈基于所述目标电流发射第二电磁能量，由多个传感线圈中的每一个接收所发...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·斯皮瓦克，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US