一种声表面波双轴倾角感测结构制造技术

一种声表面波双轴倾角感测结构，属于微机电传感技术领域。在硅单晶基片背面制作多个声表面波谐振器组，在硅单晶基片正面制作正对各个声表面波谐振器的输入/输出电极对，各个输入/输出电极对阵列上方制作双端固支悬挂电极，依据基片的倾斜角度，分别与对应的输入/输出电极对阵列中的其中一个输出电极接触，或者与对应的输入/输出电极对之间的间隙接触，连通或者不连通对应的声表面波谐振器与输出信号电极，输出或者无输出相应谐振频率的谐振信号，可得到所述声表面波双轴倾角感测结构基片所处的平面状态与水平状态的双轴倾角。

【技术实现步骤摘要】
一种声表面波双轴倾角感测结构
本专利技术属于微机电传感
，涉及一种传感器结构，尤其涉及一种基于声表面波谐振器的双轴倾角感测结构及方法。
技术介绍
倾角测量主要是测量被测对象相对于其水平位置的倾斜度，双轴倾角感测器件或仪器测量被感测对象所在平面相对于水平面相互垂直的两个轴向的倾斜度，用于被感测对象姿态的监测和控制，微小倾角测量在精密仪器调平、航空航天及船舶航行姿态控制、卫星通讯和雷达设备定向等众多领域都有着极其广泛的应用。现行技术中的倾角传感器，有基于牛顿定律重力原理的，如专利2008100377.X借助电解液,在被测平面的倾角发生变化时，电解液因重力的作用保持水平状态，使电解液的电学参数（电阻）发生变化，据此检测被测物体的倾角变化。缺点是测量范围小、灵敏度低，传感器尺寸较大。有基于光学原理的，如专利200780000628.X利用光检测器接受并感测光源入射到被测对象的反射光，光探测器的输出电信号随反射光相对于入射光的角偏差而发生变化，据此检测物体倾角的变化，而专利201110188720.1根据两个光纤布拉格光栅的中心波长的变化与倾角的对应关系检测被测对象倾角的大小和方向。缺点是光学感测系统构成较为复杂，测量范围大时测量精度难以满足测量要求。微机电系统(MEMS)传感器对物理量的变化具有非常高的灵敏度，亦已应用于物体倾角的测量中，如利用MEMS加速度计测量重力加速度在加速度计两个轴上的分量大小,确定加速度计所在平面的倾斜角度，专利201610068956.4将双轴重力加速度传感器固定于待测倾斜圆柱侧面，通过沿待测倾斜柱体侧面移动得到其与x轴、y轴的最大倾角，计算双轴重力加速度传感器测量平台与倾斜圆柱相契合时的偏移角，求出待测倾斜圆柱与z轴的倾角，而专利CN103528567A结合重力原理，利用在对称位置设置的两个微压力传感器对液体的不平衡状态进行检测，实现倾角的检测。缺点是感测输出信号大多为模拟量，不便于利用数字系统进行进一步的信号采集与处理。
技术实现思路
为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于包括声表面波谐振器和微机电系统双端固支梁的双轴倾角感测的声表面波双轴倾角感测结构。本专利技术包括基片，在基片背面设置四个声表面波谐振器组、分别覆盖在四个声表面波谐振器组上的四个压电薄膜区，在基片正面设置四个输入/输出电极组、四个双端固支悬挂电极、四个输入信号电极、四个输出信号电极、若干个接地电极，在基片上设置穿通基片的四个输入/输出金属通孔组和若干接地金属通孔；四个所述声表面波谐振器组分别为第一、第二、第三、第四声表面波谐振器组，所述第一、第二声表面波谐振器组相对设置于所述基板的前后部，所述第三、第四声表面波谐振器组相对设置于所述基板的左右部；所述第一、第三声表面波谐振器组分别包括N个横向并行排列的声表面波谐振器，所述第二、第四声表面波谐振器组分别包括N-1个横向并行排列的声表面波谐振器；所述N为奇数；四个所述输入/输出电极组分别为第一、第二、第三、第四输入/输出电极组，所述第一、第二、第三、第四输入/输出电极组分别设置于基板正面与所述第一、第二、第三、第四声表面波谐振器组一一对应设置，所述第一、第二、第三、第四输入/输出电极组分别包括与对应的声表面波谐振器组中的声表面波谐振器相同数目的输入/输出电极对，各输入/输出电极对分别设有输入电极、输出电极；四个输入信号电极分别为第一、第二、第三、第四输入信号电极；四个输出信号电极分别为第一、第二、第三、第四输出信号电极；所述第一、第二、第三、第四输入/输出电极组的各输入电极分别汇集至第一、第二、第三、第四输入信号电极；四个所述双端固支悬挂电极分别为第一、第二、第三、第四双端固支悬挂电极，所述第一、第二、第三、第四双端固支悬挂电极两端分别通过固定支座固定于基板上，所述各输入/输出电极对的输出电极分别作为各双端固支悬挂电极的底电极，所述第一、第二、第三、第四双端固支悬挂电极两端的其中一个固定支座分别与第一、第二、第三、第四输出信号电极相连；各所述双端固支悬挂电极分别横跨于各输入/输出电极对阵列上方，所述双端固支悬挂电极自然下垂，其下垂点的位置依据基片的倾斜角度而定；所述输入/输出金属通孔组分别设置在各所述输入/输出电极组上，各个输入/输出金属通孔组包含与对应的输入/输出电极组中的输入/输出电极对相同数目的输入/输出金属通孔对，输入/输出金属通孔对分别包含一个输入金属孔、一个输出金属孔，所述输入金属通孔的一端连接基片正面对应的输入电极，另一端连接基片背面对应的声表面波谐振器的输入信号汇流电极，所述输出金属通孔的一端连接基片正面对应的输出电极，另一端连接基片背面对应的声表面波谐振器的输出信号汇流电极；所述接地电极分两处，所述接地电极分别正对基片背面的各声表面波谐振器两端的短路汇流电极，各个所述接地金属通孔一端连接基片正面对应的接地电极，另一端连接基片背面对应的声表面波谐振器的短路汇流电极。本专利技术在基片背面制作多个声表面波谐振器组，构成分别沿纵向前后方向和横向左右方向设置的两组声表面波谐振器阵列，在基片正面制作正对基片背面各个声表面波谐振器的输入/输出电极对，构成分别沿纵向前后方向和横向左右方向的两组输入/输出电极阵列，基片正面的各个输入/输出电极对依次正对基片背面对应的各个声表面波谐振器，各个输入/输出电极对阵列上方制作横跨的双端固支悬挂电极，双端固支悬挂电极自然下垂，其下垂点的位置依据基片的倾斜角度而定，分别与其横跨的输入/输出电极组中的一个输出电极接触，或者与其横跨的输入/输出电极组中的一个输出电极间隙接触，连通或者不连通对应的声表面波谐振器与输出信号电极，输出或者不输出相应谐振频率的谐振信号，根据四个输出信号电极输出的谐振信号的谐振频率值的组合特征，依据输出谐振信号的谐振频率值、该谐振频率对应的声表面波谐振器在所属声表面波谐振器组中的位置即对应的双端固支悬挂电极的下垂点所接触的输出电极的位置与声表面波双轴倾角感测结构基片在两个方向上的倾斜角度之间的关系，即可得到所述声表面波双轴倾角感测结构基片所在平面与水平面的双轴倾角。本专利技术可实时、在线地感测被感测对象所在平面相对于水平面的双轴倾角，感测量为准数字的频率值，易数字化，便于利用数字系统对测量结果进行进一步的采集、处理和传输，而基于硅单晶基片制作的声表面波双轴倾角感测结构，便于实现与外围信号处理电路的片上集成、体积小、重量轻。本专利技术各声表面波谐振器之间设有间隙，间隙为一个声表面波谐振器的宽度；所述各个输入/输出电极对之间的间隙为一个输入/输出电极对的宽度，所述各个输入/输出电极对的宽度相同且与基片背面的声表面波谐振器的宽度一致，便于各个输入金属通孔对准并连接对应的输入电极与输入信号汇流电极以及各个输出金属通孔对准并连接对应的输出电极与输出信号汇流电极。所述第二输入/输出电极组中的各个输入/输出电极对依次正对第一输入/输出电极组中的各个输入/输出电极对的间隙，所述第四输入/输出电极组中的各个输入/输出电极对依次正对第三输入/输出电极组中的各个输入/输出电极对的间隙；则当因基片倾斜引起双端固支悬挂电极的垂点在对应的输入/输出电极组上移动时，若第一（或第三）双端固支悬挂电极的垂点落在一个输入/输出电极对的间隙处，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声表面波双轴倾角感测结构，其特征在于包括基片，在基片背面设置四个声表面波谐振器组、分别覆盖在四个声表面波谐振器组上的四个压电薄膜区，在基片正面设置四个输入/输出电极组、四个双端固支悬挂电极、四个输入信号电极、四个输出信号电极、若干个接地电极，在基片上设置穿通基片的四个输入/输出金属通孔组和若干接地金属通孔；四个所述声表面波谐振器组分别为第一、第二、第三、第四声表面波谐振器组，所述第一、第二声表面波谐振器组相对设置于所述基板的前后部，所述第三、第四声表面波谐振器组相对设置于所述基板的左右部；所述第一、第三声表面波谐振器组分别包括N个横向并行排列的声表面波谐振器，所述第二、第四声表面波谐振器组分别包括N‑1个横向并行排列的声表面波谐振器；所述N为奇数；四个所述输入/输出电极组分别为第一、第二、第三、第四输入/输出电极组，所述第一、第二、第三、第四输入/输出电极组分别设置于基板正面与所述第一、第二、第三、第四声表面波谐振器组一一对应设置，所述第一、第二、第三、第四输入/输出电极组分别包括与对应的声表面波谐振器组中的声表面波谐振器相同数目的输入/输出电极对，各输入/输出电极对分别设有输入电极、输出电极；四个输入信号电极分别为第一、第二、第三、第四输入信号电极；四个输出信号电极分别为第一、第二、第三、第四输出信号电极；所述第一、第二、第三、第四输入/输出电极组的各输入电极分别汇集至第一、第二、第三、第四输入信号电极；四个所述双端固支悬挂电极分别为第一、第二、第三、第四双端固支悬挂电极，所述第一、第二、第三、第四双端固支悬挂电极两端分别通过固定支座固定于基板上，所述各输入/输出电极对的输出电极分别作为各双端固支悬挂电极的底电极，所述第一、第二、第三、第四双端固支悬挂电极两端的其中一个固定支座分别与第一、第二、第三、第四输出信号电极相连；各所述双端固支悬挂电极分别横跨于各输入/输出电极对阵列上方，所述双端固支悬挂电极自然下垂，其下垂点的位置依据基片的倾斜角度而定；所述输入/输出金属通孔组分别设置在各所述输入/输出电极组上，各个输入/输出金属通孔组包含与对应的输入/输出电极组中的输入/输出电极对相同数目的输入/输出金属通孔对，输入/输出金属通孔对分别包含一个输入金属孔、一个输出金属孔，所述输入金属通孔的一端连接基片正面对应的输入电极，另一端连接基片背面对应的声表面波谐振器的输入信号汇流电极，所述输出金属通孔的一端连接基片正面对应的输出电极，另一端连接基片背面对应的声表面波谐振器的输出信号汇流电极；所述接地电极分两处，所述接地电极分别正对基片背面的各声表面波谐振器两端的短路汇流电极，各个所述接地金属通孔一端连接基片正面对应的接地电极，另一端连接基片背面对应的声表面波谐振器的短路汇流电极。...

【技术特征摘要】
1.一种声表面波双轴倾角感测结构，其特征在于包括基片，在基片背面设置四个声表面波谐振器组、分别覆盖在四个声表面波谐振器组上的四个压电薄膜区，在基片正面设置四个输入/输出电极组、四个双端固支悬挂电极、四个输入信号电极、四个输出信号电极、若干个接地电极，在基片上设置穿通基片的四个输入/输出金属通孔组和若干接地金属通孔；四个所述声表面波谐振器组分别为第一、第二、第三、第四声表面波谐振器组，所述第一、第二声表面波谐振器组相对设置于所述基板的前后部，所述第三、第四声表面波谐振器组相对设置于所述基板的左右部；所述第一、第三声表面波谐振器组分别包括N个横向并行排列的声表面波谐振器，所述第二、第四声表面波谐振器组分别包括N-1个横向并行排列的声表面波谐振器；所述N为奇数；四个所述输入/输出电极组分别为第一、第二、第三、第四输入/输出电极组，所述第一、第二、第三、第四输入/输出电极组分别设置于基板正面与所述第一、第二、第三、第四声表面波谐振器组一一对应设置，所述第一、第二、第三、第四输入/输出电极组分别包括与对应的声表面波谐振器组中的声表面波谐振器相同数目的输入/输出电极对，各输入/输出电极对分别设有输入电极、输出电极；四个输入信号电极分别为第一、第二、第三、第四输入信号电极；四个输出信号电极分别为第一、第二、第三、第四输出信号电极；所述第一、第二、第三、第四输入/输出电极组的各输入电极分别汇集至第一、第二、第三、第四输入信号电极；四个所述双端固支悬挂电极分别为第一、第二、第三、第四双端固支悬挂电极，所述第一、第二、第三、第四双端固支悬挂电极两端分别通过固定支座固定于基板上，所述各输入/输出电极对的输出电极分别作为各双端固支悬挂电极的底电极，所述第一、第二、第三、第四双端固支悬挂电极两端的其中一个固定支座分别与第一、第二、第三、第四输出信号电极相连；各所述双端固支悬挂电极分别横跨于各输入/输出电极对阵列上方，所述双端固支悬挂电极自然下垂，其下垂点的位置依据基片的倾斜角度而定；所述输入/输出金属通孔组分别设置在各所述输入/输出电极组上，各个输入/输出金属通孔组包含与对应的输入/输出电极组中的输入/输出电极对相同数目的输入/输出金属通孔对，输入/输出金属通孔对分别包含一个输入金属孔、一个输出金属孔，所述输入金属通孔的一端连接基片正面对应的输入电极，另一端连接基片背面对应的声表面波谐振器的输入信号汇流电极，所述输出金属通孔的一端连接基片正面对应的输出电极，另一端连接基片背面对应的声表面波谐振器的输出信号汇流电极；所述接地电极分两处，所述接地电极分别正对基片背面的各声表面波谐振器两端的短路汇流电极，各个所述接地金属通孔一端连接基片正面对应的接地电极，另一端连接基片背面对应的声表面波谐振器的短路汇流电极。2.根据权利要求1所述的一种声表面波双轴倾角感测结构，其特征在于各声表面波谐振器之间设有间隙，间隙为一个声表面波谐振器...

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