一种声表面波谐振器型加速度计结构及其测量方法技术

本发明专利技术公开一种声表面波谐振器型加速度计结构及其测量方法，包括压电基片、制作于压电基片上的声表面波谐振器金属指和叠加在声表面波谐振器金属指之上的同形可浮动质量载荷指。当加速度计结构作向上或向下的加速运动时，质量载荷指因惯性产生向下或向上的位移，其与下层声表面波谐振器金属指的接触面积和作用力发生变化，声表面波谐振器金属指的等效质量发生变化，最终声表面波谐振器的谐振频率发生变化，据此可以测量加速度计结构的运动加速度。与现有技术相比，本发明专利技术采用复合指结构的声表面波谐振器作为加速度敏感元件，所包含的质量载荷指的结构、材料、加工方法与下层声表面波谐振器金属指相同或相似，结构新颖，工艺兼容性好，制作方便。

Surface acoustic wave resonator type accelerometer structure and measuring method thereof

The structure and measuring method of the invention discloses a surface acoustic wave resonator accelerometer, including surface acoustic wave resonator metal piezoelectric substrate, fabricated on the piezoelectric substrate to floating mass loading and stacking in metal surface acoustic wave resonator on the same finger. When the accelerometer structure to accelerate movement up or down, the quality of load to produce displacement downward or upward because of inertia, and the lower surface acoustic wave resonator to metal contact area and force changes, the equivalent mass of surface acoustic wave resonator metal refers to the change of the resonant frequency of the final surface acoustic wave resonator changes accordingly, can acceleration measuring accelerometer structure. Compared with the prior art, the invention adopts the composite structure to surface acoustic wave resonator as acceleration sensitive element, structure, material, processing method and lower surface acoustic wave resonator containing metal mass loading refers to the same or similar technology, novel structure, good compatibility, easy production.

【技术实现步骤摘要】
一种声表面波谐振器型加速度计结构及其测量方法
本专利技术涉及传感
，尤其涉及一种声表面波谐振器型加速度计结构及其测量方法。
技术介绍
加速度计是一种测量物体运动加速度的传感装置，依据其所采用敏感元件的不同，分为电容式、电感式、压阻式、压电式、谐振式等。电容式加速度计利用敏感质量块与检测电极间的相对运动导致的电容变化来测定加速度，具有精度高、噪声和温度特性好、功耗低、结构简单等优点，缺点是反应速度慢。压阻式加速度计利用设置在悬臂梁应力变化最明显部位的压敏元件，检测因敏感质量块发生位移时，悬臂梁上应力的变化所产生的压敏电阻阻值的变化来测定加速度。优点是体积小、低功耗，结构、制作工艺和检测电路都相对简单，易于集成在各种模拟和数字电路中。缺点是温度敏感性大，稳定性差，灵敏度低。谐振式加速度计利用振梁的力频特性，通过检测其谐振频率的变化量来确定运动加速度的大小，其输出信号为频率信号，测量精度高，易于实现数字化，且体积小、重量轻、功耗低。声表面波谐振器由制作在压电基片上的叉指换能器和反射器构成。反射器由两组反射指阵列构成一个谐振腔，置于谐振腔内适当位置的叉指换能器所激发的声表面波在两个反射指阵列之间来回反射、加强而发生谐振，谐振频率决定于构成叉指换能器和反射器的金属指的材料参数、结构参数、声表面波波速等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种声表面波谐振器型加速度计结构及其测量方法。本专利技术的目的是这样实现的，一种声表面波谐振器型加速度计结构，其特征在于：包括压电基片、制作于压电基片上的声表面波谐振器金属指和叠加在声表面波谐振器金属指之上且与声表面波谐振器金属指同形的可浮动的质量载荷指，所述质量载荷指通过制作在声表面波谐振器金属指两端声表面波谐振器汇流电极上的锚锭支撑在声表面波谐振器金属指之上，质量载荷指中部下垂，与其下方的声表面波谐振器金属指局部接触。所述压电基片的材料为ST切型石英单晶，或者YZ切型铌酸锂单晶。所述声表面波谐振器金属指、汇流电极的材料为铝、铝铜合金或者金。所述质量载荷指的材料为铝、铝铜合金、金、二氧化硅或者氮化硅；当质量载荷指的材料为铝、铝铜合金或金，锚锭的材料为二氧化硅或氮化硅；当质量载荷指的材料为二氧化硅或者氮化硅，锚锭的材料为铝、铝铜合金、金、二氧化硅或者氮化硅。所述声表面波谐振器金属指包括声表面波谐振器叉指换能器的金属叉指、声表面波谐振器反射器的金属反射指。所述声表面波谐振器型加速度计结构包括压电基片、制作于压电基片上的声表面波谐振器金属指和叠加在声表面波谐振器金属指之上且与声表面波谐振器金属指同形的可浮动的质量载荷指，所述质量载荷指通过制作在声表面波谐振器金属指两端声表面波谐振器汇流电极上的锚锭支撑在声表面波谐振器金属指之上，质量载荷指中部下垂，与其下方的声表面波谐振器金属指局部接触；若声表面波谐振器型加速度计结构作向下的加速运动，上层质量载荷指上浮，质量载荷指与其下方的声表面波谐振器金属指部分或全部脱离，质量载荷指对下层的声表面波谐振器金属指的压力减小，声表面波谐振器金属指的等效质量因此而减小，声表面波谐振器谐振频率向高端偏移；若声表面波谐振器型加速度计结构作向上的加速运动，上层质量载荷指下沉，质量载荷指与其下方的声表面波谐振器金属指的接触面增加，对声表面波谐振器金属指的压力增大，声表面波谐振器金属指的等效质量因此而增大，声表面波谐振器谐振频率向低端偏移；检测声表面波谐振器谐振频率的偏移量，就可以测定声表面波谐振器型加速度计结构的运动加速度。本专利技术结构合理简单、方法先进科学，通过本专利技术，一种声表面波谐振器型加速度计结构，采用复合指结构的声表面波谐振器作为加速度敏感元件，复合指结构由常规声表面波谐振器金属指和叠加在金属指之上的同形的可浮动的质量载荷指构成。当加速度计结构作向上或向下的加速运动时，质量载荷指因惯性产生向下或向上的位移，其与下层声表面波谐振器金属指的接触面积和作用力发生变化，声表面波谐振器金属指的等效质量因此而发生变化，最终声表面波谐振器的谐振频率发生变化，据此可以测量加速度计结构的运动加速度，具体实施步骤如下：在压电基片上制作声表面波谐振器金属指结构，包括声表面波谐振器叉指换能器的金属叉指、声表面波谐振器反射器的金属反射指；在声表面波谐振器汇流电极上制作锚锭；在声表面波谐振器金属指上方制作支撑在锚锭之上的质量载荷指，质量载荷指的图形结构与声表面波谐振器金属指的图形结构同形；静态时，质量载荷指中部下垂，与其下方的声表面波谐振器金属指局部接触；当加速度计结构作向下的加速运动时，上层质量载荷指因惯性上浮，部分或全部脱离下层声表面波谐振器金属指，对下层声表面波谐振器金属指的压力减小，下层声表面波谐振器金属指的等效质量因此而减小，声表面波谐振器的谐振频率向高端偏移。当加速度计结构作向上的加速运动时，上层质量载荷指因惯性下沉，与下层声表面波谐振器金属指的接触面增加，对下层声表面波谐振器金属指的压力增大，下层声表面波谐振器金属指的等效质量因此而增大，声表面波谐振器的谐振频率向低端偏移；通过检测声表面波谐振器谐振频率的偏移量，依据声表面波谐振器谐振频率偏移量与加速度计结构所作加速运动的加速度之间的相关关系，确定加速度计结构的运动加速度；优选的，加速度计结构中的压电基片材料为温度特性较好的ST切型石英单晶，以减小环境温度变化的影响；结构中的下层声表面波谐振器金属指、汇流电极和锚锭的材料为铝、或者铝铜合金、或者金；结构中的上层质量载荷指的材料为铝、或者铝铜合金、或者金等金属材料，也可以为二氧化硅，或者氮化硅等非金属材料。加速度计结构中的压电基片材料也可为YZ切型铌酸锂单晶。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用复合指结构的声表面波谐振器作为加速度敏感元件，所包含的质量载荷指的结构、材料、加工方法与下层声表面波谐振器金属指相同或相似，结构新颖，工艺兼容性好，制作方便。对市场实施可能性和经济效益预测分析：目前很多国家都投入了巨大的人力物力对加速度传感器进行研究，并不断取得技术上的突破和应用上的拓展。加速度计的最大用户还是汽车的防撞系统，其次就是手机和笔记本电脑。在消费电子产品中，加速度计更多地被用来检测跌落前的冲击，并且提前停止笔记本电脑磁头的工作以防止碰撞损坏，而随着手机应用的加入，这一市场还将扩大。附图说明图1是本专利技术中的声表面波谐振器金属指结构示意图；图2是本专利技术中的叠加在声表面波谐振器金属指之上的质量载荷指结构示意图；图3是本专利技术中的加速度计结构处于静态，质量载荷指下垂，局部接触下层声表面波谐振器金属指时的状态示意图；图4是本专利技术中的加速度计结构作向上的加速运动时，质量载荷指大部与声表面波谐振器金属指相接触时的状态示意图；图5是本专利技术中的加速度计结构作向下的加速运动，质量载荷指部分脱离下层声表面波谐振器金属指时的状态示意图；图6是本专利技术中的加速度计结构作向下的加速运动，质量载荷指完全脱离下层声表面波谐振器金属指时的状态示意图。图中，1压电基片、2声表面波谐振器金属指、21声表面波谐振器叉指换能器金属叉指、22声表面波谐振器反射器金属反射指、3声表面波谐振器汇流电极、4质量载荷指、5锚锭。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声表面波谐振器型加速度计结构，其特征在于：包括压电基片（1）、制作于压电基片（1）上的声表面波谐振器金属指（2）和叠加在声表面波谐振器金属指（2）之上且与声表面波谐振器金属指（2）同形的可浮动的质量载荷指（4），所述质量载荷指（4）通过制作在声表面波谐振器金属指（2）两端声表面波谐振器汇流电极（3）上的锚锭（5）支撑在声表面波谐振器金属指（2）之上，质量载荷指（4）中部下垂，与其下方的声表面波谐振器金属指（2）局部接触。

【技术特征摘要】
1.一种声表面波谐振器型加速度计结构，其特征在于：包括压电基片（1）、制作于压电基片（1）上的声表面波谐振器金属指（2）和叠加在声表面波谐振器金属指（2）之上且与声表面波谐振器金属指（2）同形的可浮动的质量载荷指（4），所述质量载荷指（4）通过制作在声表面波谐振器金属指（2）两端声表面波谐振器汇流电极（3）上的锚锭（5）支撑在声表面波谐振器金属指（2）之上，质量载荷指（4）中部下垂，与其下方的声表面波谐振器金属指（2）局部接触。2.根据权利要求1所述的一种声表面波谐振器型加速度计结构，其特征在于：所述压电基片（1）的材料为ST切型石英单晶，或者YZ切型铌酸锂单晶。3.根据权利要求1所述的一种声表面波谐振器型加速度计结构，其特征在于：所述声表面波谐振器金属指（2）、汇流电极（3）的材料为铝、铝铜合金或者金。4.根据权利要求1所述的一种声表面波谐振器型加速度计结构，其特征在于：所述质量载荷指（4）的材料为铝、铝铜合金、金、二氧化硅或者氮化硅；当质量载荷指（4）的材料为铝、铝铜合金或金，锚锭（5）的材料为二氧化硅或氮化硅；当质量载荷指（4）的材料为二氧化硅或者氮化硅，锚锭（5）的材料为铝、铝铜合金、金、二氧化硅或者氮化硅。5.根据权利要求1所述的一种声表面波谐振器型加速度计结构，其特征在于：所述声表面波谐振器金属指（2）包括声表面波谐振器叉指换能器的金属叉指（21）、声表面波谐振器反射器的金属反射指（22）。6.一种声表面波谐振器型加速度计结构的测量方法，其特征是：声表面波谐振器型加速度计结构包括压电基片（1）、制作于压电基片（1）上的声表面波谐振器金属指（2）和叠加在声表面波谐振器金属指（2）之上且与声表面波谐振器金属指（2）同形的可浮动的质量载荷指（4），所述质量载荷指（4）通过制作在声表面波谐振器金属指（2）两端声表面波谐振器汇流电极（3）上的锚锭（5...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵成，陈磊，张凯，杨义军，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32