带有片上温控的微谐振式加速度计及微谐振装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及微谐振系统技术领域，特别是涉及一种带有片上温控的微谐振式加速度计及微谐振装置。该带有片上温控的微谐振式加速度计包括微谐振检测结构和加热结构，以及用于承载微谐振检测结构和加热结构的基底，加热结构沿微谐振检测结构的周向设置在微谐振检测结构周围的基底上。本发明专利技术的带有片上温控的微谐振式加速度计，加热结构集成在基底上，通过控制加热结构加热，能够在谐振式加速度计结构内部实现温度的恒定控制，有效抑制环境温度变化对加速度计精度的影响，同时可避免使用体积大、功耗高的温度控制装置。且采用包裹式的加热结构，加热结构分布在微谐振检测结构的四周，使得温度分布更均匀。

Microresonant accelerometer and microresonant device with on-chip temperature control

【技术实现步骤摘要】
带有片上温控的微谐振式加速度计及微谐振装置
本专利技术涉及微谐振系统
，特别是涉及一种带有片上温控的微谐振式加速度计及微谐振装置。
技术介绍
谐振式加速度计是将待测加速度转化为振梁的谐振频率变化的器件，其具有高分辨率、抗干扰、高动态范围的特点，且输出为高信噪比的频率信号，方便采集处理。在高精度惯性导航、战术战略武器制导等应用领域中具有较大的应用潜力。输出频率的温度漂移是衡量谐振式加速度计精度的关键指标，其中结构的热应力是输出温漂的主要影响因素，其次，还包括硅材料杨氏模量的温漂系数以及控制电路的温度漂移等。理论上通过设计为差分结构能够消除大部分温漂引起的共模误差，但是由于封装粘片工艺存在的热应力导致差分效果不理想。温度漂移仍然成为制约谐振式加速度计长期稳定性的主要误差源。抑制谐振式加速度计输出信号温漂的实施方案一般有三种，第一种是设计低温漂的器件结构和低应力的封装工艺，降低器件结构本身的温度敏感性。第二种是采用硬件或者软件进行温度漂移的补偿，抵消温度漂移对频率输出带来的影响。第三种是控制外界环境的温度变化，为谐振式加速度计提供一个恒定的温度环境。第一种方案在目前的结构中仍然有一定的残余热应力，设计的低温漂结构难于达到预期的效果。第二种方案在目前的结构中有一定的效果，能够降低温度对输出频率漂移的影响。但是重复性差，每次实验结果需要的补偿系数均不同，难以满足高精度谐振式加速度计的使用需求。第三种方案即是通过控制外界环境温度来使得谐振梁结构整体处于温度恒定的状态。但是专门的温度控制装置体积大、功耗高，稳定时间长，难于实现谐振式加速度计系统的小型化，制约了高精度谐振式加速度计的应用范围。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统的微谐振加速度计在温度控制上所存在的上述技术问题，提供一种带有片上温控的微谐振式加速度计及微谐振装置。一种带有片上温控的微谐振式加速度计，包括：微谐振检测结构和加热结构，以及用于承载微谐振检测结构和加热结构的基底，加热结构沿微谐振检测结构的周向设置在微谐振检测结构周围的基底上。在其中一个实施例中，加热结构包括第一加热梁、第二加热梁和第三加热梁，第一加热梁和第二加热梁关于第三加热梁对称，第一加热梁与第三加热梁围成第一框体，第二加热梁与第三加热梁围成第二框体，微谐振检测结构包括结构相同的第一检测体和第二检测体，第一检测体和第二检测体关于第三加热梁对称，第一检测体位于第一框体内侧，第二检测体位于第二框体内侧。在其中一个实施例中，加热结构还包括加热电路和加热电极，加热电极设置在第三加热梁的两端，并与加热电路连接。在其中一个实施例中，第一加热梁、第二加热梁和第三加热梁分别通过多个锚定点固定在基底上。在其中一个实施例中，第一加热梁、第二加热梁和第三加热梁分别附着在基底的相应位置。在其中一个实施例中，第一检测体包括：检测质量块，通过若干支撑梁悬浮固定在基底上，检测质量块能够沿第一方向弹性振动；以及结构相同且关于平行于第一方向的检测质量块的中心线对称的第一敏感结构和第二敏感结构，第一敏感结构具有第一振梁，第一振梁的一端通过第一杠杆结构与检测质量块连接，第二敏感结构具有第二振梁，第二振梁的一端通过第二杠杆结构与检测质量块连接，第一振梁和第二振梁通过连接梁相互连接，并通过连接梁悬浮固定在基底上，第一杠杆结构和第二杠杆结构为相同的结构且关于中心线对称。在其中一个实施例中，第一敏感结构还包括连接在第一振梁上的第一动梳齿，以及对应第一动梳齿固定在基底上的第一定梳齿；第二敏感结构还包括连接在第二振梁上的第二动梳齿，以及对应第二动梳齿固定在基底上的第二定梳齿。在其中一个实施例中，第一杠杆结构包括第一输入梁、第一输出梁、第一杠杆梁和第一支点梁，第一输入梁和第一输出梁分别垂直连接在第一杠杆梁的两端，第一输入梁远离第一杠杆梁的一端与检测质量块连接，第一输出梁远离第一杠杆梁的一端与第一振梁连接，第一支点梁垂直连接在第一杠杆梁的中部，且第一支点梁到第一输入梁的距离大于第一支点梁到第一输出梁的距离，第一支点梁远离第一杠杆梁的一端通过锚定点固定在基底上；第二杠杆结构包括第二输入梁、第二输出梁、第二杠杆梁和第二支点梁，第二输入梁和第二输出梁分别垂直连接在第二杠杆梁的两端，第二输入梁远离第二杠杆梁的一端与检测质量块连接，第二输出梁远离第二杠杆梁的一端与第二振梁连接，第二支点梁垂直连接在第二杠杆梁的中部，且第二支点梁到第二输入梁的距离大于第二支点梁到第二输出梁的距离，第二支点梁远离第二杠杆梁的一端通过锚定点固定在基底上。在其中一个实施例中，加热结构包括呈框形的加热本体，微谐振检测结构位于加热本体内侧。一种微谐振装置，包括：微谐振结构和加热结构，以及用于承载微谐振结构和加热结构的基底，加热结构沿微谐振结构的周向设置在微谐振结构周围的基底上。本专利技术的有益效果包括：(1)加热结构集成在基底上，通过控制加热结构加热，能够在加速度计结构内部实现温度的恒定控制，有效抑制环境温度变化对加速度计精度的影响，同时可避免使用体积大、功耗高的温度控制装置。(2)加速度计结构本身占用空间小，易于集成并能快速实现温度稳定。(3)采用包裹式的加热结构，加热结构分布在微谐振检测结构的四周，使得温度分布更均匀。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的带有片上温控的微谐振式加速度计的结构示意图；图2为图1所示结构中敏感结构的结构示意图；图3为图1所示结构中杠杆结构的结构示意图；图4为本专利技术一实施例提供的带有片上温控的微谐振式加速度计的温度控制示意图。附图标记说明：100-微谐振检测结构；110-第一检测体；111-检测质量块；112-第一敏感结构；112a-第一振梁；112b-第一动梳齿；112c-第一定梳齿；113-第二敏感结构；113a-第二振梁；113b-第二动梳齿；113c-第二定梳齿；114-第一杠杆结构；114a-第一输入梁；114b-第一输出梁；114c-第一杠杆梁；114d-第一支点梁；115-第二杠杆结构；115a-第二输入梁；115b-第二输出梁；115c-第二杠杆梁；115d-第二支点梁；120-第二检测体；200-加热结构；210-第一加热梁；220-第二加热梁；230-第三加热梁；240-加热电极；300-基底。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本专利技术的带有片上温控的微谐振式加速度计及微谐振装置进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。请参见图1所示，本专利技术一实施例提供的带有片上温控的微谐振式加速度计，包括微谐振检测结构100和加热结构200，以及用于承载微谐振检测结构100和加热结构200的基底300。加热结构200沿微谐振检测结构100的周向设置在微谐振检测结构100周围的基底300上。通过周向设置的加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有片上温控的微谐振式加速度计，其特征在于，包括：微谐振检测结构和加热结构，以及用于承载所述微谐振检测结构和所述加热结构的基底，所述加热结构沿所述微谐振检测结构的周向设置在所述微谐振检测结构周围的所述基底上。

【技术特征摘要】
1.一种带有片上温控的微谐振式加速度计，其特征在于，包括：微谐振检测结构和加热结构，以及用于承载所述微谐振检测结构和所述加热结构的基底，所述加热结构沿所述微谐振检测结构的周向设置在所述微谐振检测结构周围的所述基底上。2.根据权利要求1所述的带有片上温控的微谐振式加速度计，其特征在于，所述加热结构包括第一加热梁、第二加热梁和第三加热梁，所述第一加热梁和所述第二加热梁关于所述第三加热梁对称，所述第一加热梁与所述第三加热梁围成第一框体，所述第二加热梁与所述第三加热梁围成第二框体，所述微谐振检测结构包括结构相同的第一检测体和第二检测体，所述第一检测体和所述第二检测体关于所述第三加热梁对称，所述第一检测体位于所述第一框体内侧，所述第二检测体位于所述第二框体内侧。3.根据权利要求2所述的带有片上温控的微谐振式加速度计，其特征在于，所述加热结构还包括加热电路和加热电极，所述加热电极设置在所述第三加热梁的两端，并与所述加热电路连接。4.根据权利要求2所述的带有片上温控的微谐振式加速度计，其特征在于，所述第一加热梁、所述第二加热梁和所述第三加热梁分别通过多个锚定点固定在所述基底上。5.根据权利要求2所述的带有片上温控的微谐振式加速度计，其特征在于，所述第一加热梁、所述第二加热梁和所述第三加热梁分别附着在所述基底的相应位置。6.根据权利要求2-5任一项所述的带有片上温控的微谐振式加速度计，其特征在于，所述第一检测体包括：检测质量块，通过若干支撑梁悬浮固定在所述基底上，所述检测质量块能够沿第一方向弹性振动；以及结构相同且关于平行于所述第一方向的所述检测质量块的中心线对称的第一敏感结构和第二敏感结构，所述第一敏感结构具有第一振梁，所述第一振梁的一端通过第一杠杆结构与所述检测质量块连接，所述第二敏感结构具有第二振梁，所述第二振梁的一端通过第二杠杆结构与所述检测质量块连接，所述第一振梁和所述第二振梁通过连接梁相互连接，并通过所述连接梁悬浮固定在...

【专利技术属性】
技术研发人员：方政翔，韩丰田，尹永刚，吴秋平，董景新，刘云峰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11