加速度计制造技术

一种加速度计，具有：一个片状检测质量（１）；柔性安装腿（２），所述柔性安装腿（２）的每一个都与所述检测质量（１）共平面；一个环状支撑件（３），所述检测质量（１）可移动地安装于其中，每一个安装腿（２）在其一端连结到所述检测质量（１）上，在其另一端连结到所述支撑件（３）上，并且所述安装腿（２）基本上垂直于感测方向延伸；多个交叉的电容器指状元件，在一个气态介质中安装在所述环状安装件（３）上，以便感测所述检测质量（１）沿着感测方向的线性运动，并为所述检测质量（１）提供一个沿着感测方向的气态介质挤压阻尼；所述指状元件、检测质量（１）、安装腿（２）和支撑件（３）共平面，并用一个单一的单晶硅制成；所述指状元件包括横向间隔配置的指状元件的固定第一、第二、第三和第四阵列（５、６、７、８），所述指状元件阵列基本上垂直于所述共存方向延伸，并远离所述支撑件（３）靠近所述检测质量（１），以及，横向间隔配置的指状元件的可动的第五、第六、第七和第八阵列，所述阵列基本上垂直于感测方向从所述检测质量（１）向所述支撑件（３）延伸，并固定到所述检测质量（１）上，第一与第五阵列（５、１０）以及第三与第七阵列（７、１２）的交错结合，以沿着感测方向的一个方向从第一、第二、第三和第四阵列（５、６、７、８）中的相邻的指状元件之间的中线开始的第一偏置距进行，第二与第六阵列（６、１１）以及第四与第八阵列（８、１３）的交错结合，和第一偏置距大小相等方向相反的第二偏置距进行，以及向指状元件的所述第一偏置阵列（５、１０、７、１２）提供第一驱动电压、向指状元件的所述第二偏置阵列（６、１１、８、１３）提供大小相等方向相反的第二驱动电压的装置，使得所述交叉指状元件为所述检测质量响应施加到加速度计上的加速度而感测位移提供保证，驱动并衰减位移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及至少部分地由硅构成的电容式加速度计。传统的电容式硅加速度计通常包括一个位于细的悬丝上的检测质量，以便形成一个摆锤，该摆锤夹在两个固定的电容器极板之间，每一个电容器极板距离检测质量一个小的间隙。在作用到该加速度计上的加速度的作用下，一个间隙增大，另一个间隙缩小，给出差动输出信号。这种传统的加速度计要求两个电容器的间隙非常精密的匹配，以便消除诸如振动校正等的影响。通常向检测质量上施加一个直流电压偏压，以便将使检测质量的位置归零所需的静电驱动电压线性化。
技术介绍
在硅中的深沟槽蚀刻的发展，已经使得能够在硅片的平面内通过一个工序制造复杂结构的陀螺仪。这种制造技术已经应用于加速度计的制作，具有降低制造成本的优点，同时保持非常高的位置精度，并且可以同时制造大量的器件。利用交叉指状元件以便施加静电力的结构是公知的，包括偏置交叉指状元件的使用。通过在指状元件之间外加电压，偏置交叉指状元件引起静电力，但是，由于弥散场的作用，因使用多个交叉指状元件导致的放大效应可能是非线性的。专利技术的内容因此需要一种改进的使用偏置交叉指状元件的电容式加速度计，它至少将上述缺点减小到最低限度，优选地，改进带有外加电压的指状元件之间的力的线性化，并且，优选地，改进对于给定的电压的检测质量的偏转。根据本专利技术的第一个方案，提供一种加速度计，该加速度计具有基本上为平面片状的检测质量；四个或更多个柔性安装腿，其中的每个安装均与检测质量共平面；基本上平面的环状支撑件，所述检测质量可移动地安装于其中，所述支撑件相对于该检测质量固定地安装并与之共平面；对于每一个安装腿，在其一端连接到检测质量上，在其另一端连接到支撑件上，以便将检测质量安装成在一个包括检测质量、安装腿和支撑件的平面内响应于施加到该加速度计上的加速度的变化，沿着一个感测方向进行线性运动，并且，其安装腿基本上垂直于感测方向延伸；多个交叉电容器指状元件，在气态介质中安装在所述环状支撑件上，用于感测所述检测质量沿着感测方向的线性运动，并且为所述检测质量沿着感测方向提供气态介质的挤压阻尼，所述指状元件、检测质量、安装腿和支撑件是共平面的，并由一个单一的单晶硅片形成；所述指状元件包括横向间隔开的第一、第二、第三和第四指状元件阵列，所述指状元件阵列基本上垂直于感测方向并离开支撑件向着检测质量延伸，其中，第一和第二阵列位于检测质量的一侧，第三和第四阵列位于检测质量的相对侧，并且，可动的第五、第六、第七和第八横向间隔开的指状元件阵列基本上垂直于感测方向从检测质量向支撑件延伸，并固定到所述检测质量上，第五和第六阵列位于检测质量的所述一侧并分别与第一和第二阵列交叉，第七和第八阵列位于检测质量的所述相对侧并分别与第三和第四阵列交叉，第一与第五阵列以及第三与第七阵列的交错结合位于沿着感测方向的一个方向从第一、第二、第三和第四阵列中的相邻的指状元件之间的中线起的第一偏置距处，第二与第六阵列以及第四与第八阵列的交错结合位于和第一偏置距大小相等方向相反的第二偏置距处；以及向指状元件的第一偏置阵列提供第一驱动电压、向指状元件的第二偏置阵列提供大小相等方向相反的第二驱动电压的装置，使得交叉指状元件提供检测质量响应于施加到加速度计上的加速度的感测位移，驱动并衰减位移。设置气态介质挤压膜阻尼、利用带有电容性的力反馈的交叉指状元件，以这种方式可以确保利用低的驱动电压就能够实现线性输出，而输入加速度与输出电压成正比。优选地，借助干法蚀刻由一个硅片形成检测质量、安装腿、支撑件和交叉指状元件，所述硅片沿着晶面或取向。方便地是，支撑件具有围绕一个内部开口区域的矩形环状的形状，具有基本上矩形形状的检测质量位于该开口区域内，并且其中，安装腿基本上垂直于感测方向在间隔开的阵列中延伸，在限定出内部开口区域的支撑件的第一内壁和检测质量的面对的第一外壁之间至少有两个，在限定出内部开口区域的支撑件的相对的第二内壁与检测质量的面对的第二外壁之间至少有两个。有利地是，安装腿在感测方向具有高的顺从性，在其它方向具有低的顺从性。优选地，加速度计包括一个非导电性材料的支撑片，支撑件、第一、第二、第三及第四指状元件阵列固定地安装在该支撑片上，而安装腿、检测质量和第五、第六、第七和第八指状元件阵列与该支撑片间隔开。方便地是，所述支撑片用玻璃制成，支撑件和第一、第二、第三和第四指状元件阵列通过阳极结合固定地安装在该支撑片上。有利地是，该加速度计至少包括位于内壁开口区域内的四个接地屏蔽网，其中的每一个与第一、第二、第三和第四指状元件阵列中相应的一个相联系并部分地将其包围，可操作地将指状元件阵列从支撑件屏蔽开，并且与支撑件电绝缘。方便地是，接地屏蔽网通过阳极结合固定地安装在玻璃支撑片上。优选地，该加速度计包括向固定的第三和第四指状元件阵列以反相位提供矩形波驱动电压的装置，该装置包括矩形波发生器；同相位单元，用于从矩形波发生器接收输出信号并向第三指状元件阵列提供同相信号；反相位单元，用于从矩形波发生器接收输出信号并向第四指状元件阵列提供反相位信号；解调器，用于从矩形波发生器接收频率信号；通过检测质量提供直流偏压的的器件；电容器，用于从检测质量接收输出信号；积分器，用于从电容器接收输出信号；交流放大单元，用于从积分器接收输出信号；带通滤波器，用于从交流放大单元接收输出信号并且用于将输出信号转送到解调器；环路滤波器，用于从解调器接收输出信号；直流放大单元，用于从环路滤波器接收输出信号；正放大单元，用于从直流放大单元接收输出信号并将正输出信号转送到第二指状元件阵列、以及一个负放大单元，用于从直流放大单元接收输出信号并把负输出信号转送到第一指状元件阵列。有利地是，该加速度计包括向固定的第一、第二、第三和第四指状元件阵列以反相位提供矩形波驱动电压的装置，该装置包括矩形波发生器；同相位单元，用于从矩形波发生器接收输出信号并向第三和第一指状元件阵列提供同相位信号；反相位单元，用于从矩形波发生器接收输出信号并向第四和第二指状元件阵列提供反相位信号；积分器，用于从检测质量接收输出电流，并将该电流转换成输出电压；带通滤波器，用于接收输出电压；解调器，从带通滤波器接收输出信号并将其转换成直流输出信号；一个低通滤波器，用于接收直流输出信号并用于由此提供一个开环输出信号。附图说明为了更好地理解本专利技术，并且表明可以如何实现本专利技术，将通过举例的方式，参照下面的附图进行描述，其中图1表示根据本专利技术的第一个实施例的加速度计的平面图；图2是在图1中的沿方向A的端视图；图3是沿着图1的BB线的剖视图；图4是沿着图1的CC线取的剖视图；图5是沿着图1的DD线取的剖视图；图6是沿着图1的EE线取的剖视图；图7是表示供图1至6所示的加速度计使用的、以闭合环路结构向固定的第三和第四指状元件阵列以反相位提供矩形波驱动电压的装置的框图；以及图8是表示供图1至6所示的加速度计使用的、以开环回路结构向固定的第一、第二、第三和第四指状元件阵列以反相位提供矩形波驱动电压的装置的框图。具体实施例方式首先参照图1至6所示的根据本专利技术的第一个实施例的电容性加速度计，它包括基本上为平面片状的检测质量1；四个或更多个柔性的安装腿2，其中的每一个均与检测质量1共平面；基本上为平面的环状支撑件3，检测质量1可移动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加速度计，包括：基本上为平面片状的检测质量，四个或更多个柔性安装腿，其中的每个安装腿都与所述检测质量共平面，基本上平面的环状支撑件，所述检测质量可移动地安装于其中，所述支撑件相对于该检测质量固定地安装并与之共平面 ，对于每一个安装腿，在其一端连接到所述检测质量上，在其另一端连接到所述支撑件上，以便将所述检测质量安装成在一个包括所述检测质量、所述安装腿和所述支撑件的平面内，响应于施加到该加速度计上的加速度的变化，沿着一个感测方向进行线性运动，并 且，所述安装腿基本上垂直于所述感测方向延伸，多个交叉电容器指状元件，在气态介质中安装在所述环状支撑件上，用于感测所述检测质量沿着感测方向的线性运动，并且为所述检测质量沿着感测方向提供气态介质的挤压阻尼，所述指状元件、检测质量、安装腿 和支撑件是共平面的，并由一个单一的单晶硅片形成，所述指状元件包括横向间隔开的第一、第二、第三和第四指状元件阵列，所述指状元件阵列基本上垂直于所述感测方向并离开所述支撑件向着所述检测质量延伸，其中，所述第一和第二阵列位于所述检测质量的 一侧，所述第三和第四阵列位于所述检测质量的相对侧，并且，可动的第五、第六、第七和第八横向间隔开的指状元件阵列基本上垂直于所述感测方向从所述检测质量向所述支撑件延伸，并固定到所述检测质量上，所述第五和第六阵列位于检测质量的所述一侧并分别与所述第一和第二阵列交叉，所述第七和第八阵列位于所述检测质量的所述相对侧并分别与所述第三和第四阵列交叉，所述第一与第五阵列以及所述第三与第七阵列的交错结合位于沿着所述感测方向的一个方向从所述第一、第二、第三和第四阵列中的相邻的指状元件之间的中线起的第一偏置距处，所述第二与第六阵列以及所述第四与第八阵列的交错结合位于和所述第一偏置距大小相等方向相反的第二偏置距处，以及向指状元件的所述第一偏置阵列提供第一驱动电压、向指状元件的所述第二偏置阵列提供大小相等方向相反的第二驱动电压的 装置，使得所述交叉指状元件提供所述检测质量响应于施加到加速度计上的加速度的感测位移，驱动并衰减位移。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AR马尔文，MA维纳布尔斯，NF德罗伊，
申请(专利权)人：BAE系统公共有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]