本发明专利技术涉及MEMS传感器，具体是一种梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列。本发明专利技术解决了现有压阻式MEMS加速度传感器耦合过大、机械精度低、以及体积和质量过大的问题。梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列，包括第一六梁双岛T形结构传感器、第二六梁双岛T形结构传感器、以及四梁锥台结构传感器；所述第一六梁双岛T形结构传感器包括X轴加速度传感器、Z轴低量程加速度传感器、以及第一正方形硅基框架；所述第二六梁双岛T形结构传感器包括Y轴加速度传感器、Z轴中量程加速度传感器、以及第二正方形硅基框架。本发明专利技术适用于测量高量程的冲击加速度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及MEMS传感器，具体是一种梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列。
技术介绍
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems,微机电系统)加速度传感器广泛应用于车辆、测试、航空航天等领域。MEMS加速度传感器通常分为压电式MEMS加速度传感器、电容式MEMS加速度传感器、压阻式MEMS加速度传感器、隧道式MEMS加速度传感器等类型。其中，压阻式MEMS加速度传感器因其具有尺寸小、无迟滞、动态响应特性及输出性好、频率范围宽、测量加速度范围宽、直接输出电压信号、批量生产成本低、与硅集成电路平面工艺兼容性好等一系列优点，应用最为广泛。现有压阻式MEMS加速度传感器的结构通常分为单质量块结构、单片三轴结构、由三个单轴加速度传感器组装而成的三轴结构等类型。其中，单质量块结构存在耦合过大的问题。单片三轴结构和由三个单轴加速度传感器组装而成的三轴结构存在机械精度低、以及体积和质量过大的问题。基于此，有必要专利技术一种全新的MEMS加速度传感器，以解决现有压阻式MEMS加速度传感器耦合过大、机械精度低、以及体积和质量过大的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有压阻式MEMS加速度传感器耦合过大、机械精度低、以及体积和质量过大的问题，提供了一种梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列。本专利技术是采用如下技术方案实现的梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列，包括第一六梁双岛T形结构传感器、第二六梁双岛T形结构传感器、以及四梁锥台结构传感器；所述第一六梁双岛T形结构传感器包括X轴加速度传感器、Z轴低量程加速度传感器、以及第一正方形硅基框架；x轴加速度传感器包括右侧矩形质量块、右侧连接梁、右上侧检测梁、右下侧检测梁、以及由第一-第四压敏元件-构成的第一惠斯通电桥；右侧矩形质量块支悬于第一正方形硅基框架的内腔右侧；右侧连接梁沿右侧矩形质量块的宽度方向中心线设置，且右侧矩形质量块的右侧长边通过右侧连接梁与第一正方形硅基框架的右侧内壁固定；右上侧检测梁沿右侧矩形质量块的长度方向中心线设置，且右侧矩形质量块的上侧短边通过右上侧检测梁与第一正方形硅基框架的上侧内壁固定；右下侧检测梁沿右侧矩形质量块的长度方向中心线设置，且右侧矩形质量块的下侧短边通过右下侧检测梁与第一正方形硅基框架的下侧内壁固定；第一压敏元件安装于右上侧检测梁的上端左侧；第二压敏元件安装于右上侧检测梁的上端右侧；第三压敏元件安装于右下侧检测梁的下端左侧；第四压敏元件安装于右下侧检测梁的下端右侧；Z轴低量程加速度传感器包括左侧矩形质量块、左侧连接梁、左上侧检测梁、左下侧检测梁、以及由第五-第八压敏元件-构成的第二惠斯通电桥；左侧矩形质量块支悬于第一正方形硅基框架的内腔左侧；左侧连接梁沿左侧矩形质量块的宽度方向中心线设置，且左侧矩形质量块的左侧长边通过左侧连接梁与第一正方形硅基框架的左侧内壁固定；左上侧检测梁沿左侧矩形质量块的长度方向中心线设置，且左侧矩形质量块的上侧短边通过左上侧检测梁与第一正方形硅基框架的上侧内壁固定；左下侧检测梁沿左侧矩形质量块的长度方向中心线设置，且左侧矩形质量块的下侧短边通过左下侧检测梁与第一正方形硅基框架的下侧内壁固定；第五压敏元件安装于左上侧检测梁的上端中央；第六压敏元件安装于左上侧检测梁的下端中央；第七压敏元件安装于左下侧检测梁的上端中央；第八压敏元件安装于左下侧检测梁的下端中央；所述第二六梁双岛T形结构传感器包括Y轴加速度传感器、Z轴中量程加速度传感器、以及第二正方形硅基框架；γ轴加速度传感器包括上侧矩形质量块、上侧连接梁、上左侧检测梁、上右侧检测梁、以及由第九-第十二压敏元件-构成的第三惠斯通电桥；上侧矩形质量块支悬于第二正方形硅基框架的内腔上侧；上侧连接梁沿上侧矩形质量块的宽度方向中心线设置，且上侧矩形质量块的上侧长边通过上侧连接梁与第二正方形硅基框架的上侧内壁固定；上左侧检测梁沿上侧矩形质量块的长度方向中心线设置，且上侧矩形质量块的左侧短边通过上左侧检测梁与第二正方形硅基框架左侧内壁固定；上右侧检测梁沿上侧矩形质量块的长度方向中心线设置，且上侧矩形质量块的右侧短边通过上右侧检测梁与第二正方形硅基框架右侧内壁固定；第九压敏元件安装于上左侧检测梁的左端下侧；第十压敏元 件安装于上左侧检测梁的左端上侧；第十一压敏元件安装于上右侧检测梁的右端下侧；第十二压敏元件安装于上右侧检测梁的右端上侧；ζ轴中量程加速度传感器包括下侧矩形质量块、下侧连接梁、下左侧检测梁、下右侧检测梁、以及由第十三-第十六压敏元件-构成的第四惠斯通电桥；下侧矩形质量块支悬于第二正方形硅基框架的内腔下侧；下侧连接梁沿下侧矩形质量块的宽度方向中心线设置，且下侧矩形质量块的下侧长边通过下侧连接梁与第二正方形硅基框架的下侧内壁固定；下左侧检测梁沿下侧矩形质量块的长度方向中心线设置，且下侧矩形质量块的左侧短边通过下左侧检测梁与第二正方形硅基框架左侧内壁固定；下右侧检测梁沿下侧矩形质量块的长度方向中心线设置，且下侧矩形质量块的右侧短边通过下右侧检测梁与第二正方形硅基框架右侧内壁固定；第十三压敏元件安装于下左侧检测梁的左端中央；第十四压敏元件安装于下左侧检测梁的右端中央；第十五压敏元件安装于下右侧检测梁的左端中央；第十六压敏元件安装于下右侧检测梁的右端中央；所述四梁锥台结构传感器包括Z轴高量程加速度传感器、以及第三正方形硅基框架；ζ轴高量程加速度传感器包括正方形质量块、上侧检测梁、下侧检测梁、左侧检测梁、右侧检测梁、以及由第十七-第二十压敏元件-构成的第五惠斯通电桥；正方形质量块支悬于第三正方形硅基框架的内腔中央；上侧检测梁沿正方形质量块的中心线设置，且正方形质量块的上侧边通过上侧检测梁与第三正方形硅基框架的上侧内壁固定；下侧检测梁沿正方形质量块的中心线设置，且正方形质量块的下侧边通过下侧检测梁与第三正方形硅基框架的下侧内壁固定；左侧检测梁沿正方形质量块的中心线设置，且正方形质量块的左侧边通过左侧检测梁与第三正方形硅基框架的左侧内壁固定；右侧检测梁沿正方形质量块的中心线设置，且正方形质量块的右侧边通过右侧检测梁与第三正方形硅基框架的右侧内壁固定；第十七压敏元件安装于上侧检测梁的上端中央；第十八压敏元件安装于右侧检测梁的右端中央；第十九压敏元件安装于下侧检测梁的下端中央；第二十压敏元件安装于左侧检测梁的左端中央；第一正方形娃基框架的右侧外壁与第二正方形娃基框架的左侧外壁紧贴固定；第二正方形硅基框架的右侧外壁与第三正方形硅基框架的左侧外壁紧贴固定。工作时,第一正方形娃基框架、第二正方形娃基框架、第三正方形娃基框架均制作于同一硅基底上。具体工作过程包括一、第一六梁双岛T形结构传感器的工作过程如下当X轴加速度传感器中的右侧矩形质量块敏感到加速度时，右上侧检测梁和右下侧检测梁受到硅基底内沿X轴方向(即检测梁的长度方向)的应力变化，应力变化信号通过第一惠斯通电桥输出，由此实现对X轴方向的加速度进行检测。当Z轴低量程加速度传感器中的左侧矩形质量块敏感到加速度时，左上侧检测梁和左下侧检测梁受到沿Z轴方向(即与硅基底垂直的方向)的应力变化，应力变化信号通过第二惠斯通电桥输出，由此实现对Z轴方向的加速度进行检测。二、第二六梁双岛T形本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列，其特征在于：包括第一六梁双岛T形结构传感器、第二六梁双岛T形结构传感器、以及四梁锥台结构传感器；所述第一六梁双岛T形结构传感器包括X轴加速度传感器、Z轴低量程加速度传感器、以及第一正方形硅基框架（1）；X轴加速度传感器包括右侧矩形质量块（2）、右侧连接梁（3）、右上侧检测梁（4）、右下侧检测梁（5）、以及由第一？第四压敏元件（6？9）构成的第一惠斯通电桥；右侧矩形质量块（2）支悬于第一正方形硅基框架（1）的内腔右侧；右侧连接梁（3）沿右侧矩形质量块（2）的宽度方向中心线设置，且右侧矩形质量块（2）的右侧长边通过右侧连接梁（3）与第一正方形硅基框架（1）的右侧内壁固定；右上侧检测梁（4）沿右侧矩形质量块（2）的长度方向中心线设置，且右侧矩形质量块（2）的上侧短边通过右上侧检测梁（4）与第一正方形硅基框架（1）的上侧内壁固定；右下侧检测梁（5）沿右侧矩形质量块（2）的长度方向中心线设置，且右侧矩形质量块（2）的下侧短边通过右下侧检测梁（5）与第一正方形硅基框架（1）的下侧内壁固定；第一压敏元件（6）安装于右上侧检测梁（4）的上端左侧；第二压敏元件（7）安装于右上侧检测梁（4）的上端右侧；第三压敏元件（8）安装于右下侧检测梁（5）的下端左侧；第四压敏元件（9）安装于右下侧检测梁（5）的下端右侧；Z轴低量程加速度传感器包括左侧矩形质量块（10）、左侧连接梁（11）、左上侧检测梁（12）、左下侧检测梁（13）、以及由第五？第八压敏元件（14？17）构成的第二惠斯通电桥；左侧矩形质量块（10）支悬于第一正方形硅基框架（1）的内腔左侧；左侧连接梁（11）沿左侧矩形质量块（10）的宽度方向中心线设置，且左侧矩形质量块（10）的左侧长边通过左侧连接梁（11）与第一正方形硅基框架（1）的左侧内壁固定；左上侧检测梁（12）沿左侧矩形质量块（10）的长度方向中心线设置，且左侧矩形质量块（10）的上侧短边通过左上侧检测梁（12）与第一正方形硅基框架（1）的上侧内壁固定；左下侧检测梁（13）沿左侧矩形质量块（10）的长度方向中心线设置，且左侧矩形质量块（10）的下侧短边通过左下侧检测梁（13）与第一正方形硅基框架（1）的下侧内壁固定；第五压敏元件（14）安装于左上侧检测梁（12）的上端中央；第六压敏元件（15）安装于左上侧检测梁（12）的下端中央；第七压敏元件（16）安装于左下侧检测梁（13）的上端中央；第八压敏元件（17）安装于左下侧检测梁（13）的下端中央；所述第二六梁双岛T形结构传感器包括Y轴加速度传感器、Z轴中量程加速度传感器、以及第二正方形硅基框架（18）；Y轴加速度传感器包括上侧矩形质量块（19）、上侧连接梁（20）、上左侧检测梁（21）、上右侧检测梁（22）、以及由第九？第十二压敏元件（23？26）构成的第三惠斯通电桥；上侧矩形质量块（19）支悬于第二正方形硅基框架（18）的内腔上侧；上侧连接梁（20）沿上侧矩形质量块（19）的宽度方向中心线设置，且上侧矩形质量块（19）的上侧长边通过上侧连接梁（20）与第二正方形硅基框架（18）的上侧内壁固定；上左侧检测梁（21）沿上侧矩形质量块（19）的长度方向中心线设置，且上侧矩形质量块（19）的左侧短边通过上左侧检测梁（21）与第二正方形硅基框架（18）左侧内壁固定；上右侧检测梁（22）沿上侧矩形质量块（19）的长度方向中心线设置，且上侧矩形质量块（19）的右侧短边通过上右侧检测梁（22）与第二正方形硅基框架（18）右侧内壁固定；第九压敏元件（23）安装于上左侧检测梁（21）的左端下侧；第十压敏元件（24）安装于上左侧检测梁（21）的左端上侧；第十一压敏元件（25）安装于上右侧检测梁（22）的右端下侧；第十二压敏元件（26）安装于上右侧检测梁（22）的右端上侧；Z轴中量程加速度传感器包括下侧矩形质量块（27）、下侧连接梁（28）、下左侧检测梁（29）、下右侧检测梁（30）、以及由第十三？第十六压敏元件（31？34）构成的第四惠斯通电桥；下侧矩形质量块（27）支悬于第二正方形硅基框架（18）的内腔下侧；下侧连接梁（28）沿下侧矩形质量块（27）的宽度方向中心线设置，且下侧矩形质量块（27）的下侧长边通过下侧连接梁（28）与第二正方形硅基框架（18）的下侧内壁固定；下左侧检测梁（29）沿下侧矩形质量块（27）的长度方向中心线设置，且下侧矩形质量块（27）的左侧短边通过下左侧检测梁（29）与第二正方形硅基框架（18）左侧内壁固定；下右侧检测梁（30）沿下侧...
【技术特征摘要】
1.一种梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列，其特征在于包括第一六梁双岛T形结构传感器、第二六梁双岛T形结构传感器、以及四梁锥台结构传感器； 所述第一六梁双岛T形结构传感器包括X轴加速度传感器、Z轴低量程加速度传感器、以及第一正方形硅基框架(I); X轴加速度传感器包括右侧矩形质量块(2)、右侧连接梁(3)、右上侧检测梁(4)、右下侧检测梁(5)、以及由第一-第四压敏元件(6-9)构成的第一惠斯通电桥；右侧矩形质量块(2 )支悬于第一正方形硅基框架(I)的内腔右侧；右侧连接梁(3 )沿右侧矩形质量块(2 )的宽度方向中心线设置，且右侧矩形质量块(2)的右侧长边通过右侧连接梁(3)与第一正方形硅基框架(I)的右侧内壁固定；右上侧检测梁(4)沿右侧矩形质量块(2)的长度方向中心线设置，且右侧矩形质量块(2)的上侧短边通过右上侧检测梁(4)与第一正方形硅基框架(O的上侧内壁固定；右下侧检测梁(5)沿右侧矩形质量块(2)的长度方向中心线设置，且右侧矩形质量块(2)的下侧短边通过右下侧检测梁(5)与第一正方形硅基框架(I)的下侧内壁固定；第一压敏元件(6)安装于右上侧检测梁(4)的上端左侧；第二压敏元件(7)安装于右上侧检测梁(4)的上端右侧；第三压敏元件(8)安装于右下侧检测梁(5)的下端左侧；第四压敏元件(9)安装于右下侧检测梁(5)的下端右侧； Z轴低量程加速度传感器包括左侧矩形质量块(10)、左侧连接梁(11)、左上侧检测梁(12)、左下侧检测梁(13)、以及由第五-第八压敏元件(14-17)构成的第二惠斯通电桥；左侧矩形质量块(10 )支悬于第一正方形硅基框架(I)的内腔左侧；左侧连接梁(11)沿左侧矩形质量块(10)的宽度方向中心线设置，且左侧矩形质量块(10)的左侧长边通过左侧连接梁(11)与第一正方形硅基框架(I)的左侧内壁固定；左上侧检测梁(12)沿左侧矩形质量块(10)的长度方向中心线设置，且左侧矩形质量块(10)的上侧短边通过左上侧检测梁(12)与第一正方形硅基框架(I)的上侧内壁固定；左下侧检测梁(13)沿左侧矩形质量块(10)的长度方向中心线设置，且左侧矩形质量块(10)的下侧短边通过左下侧检测梁(13)与第一正方形硅基框架(I)的下侧内壁固定；第五压敏元件(14)安装于左上侧检测梁(12)的上端中央；第六压敏元件(15)安装于左上侧检测梁(12)的下端中央；第七压敏元件(16)安装于左下侧检测梁(13)的上端中央；第八压敏元件(17)安装于左下侧检测梁(13)的下端中央; 所述第二六梁双岛T形结构传感器包括Y轴加速度传感器、Z轴中量程加速度传感器、以及第二正方形硅基框架(18)； Y轴加速度传感器包括上侧矩形质量块(19 )、上侧连接梁(20 )、上左侧检测梁(21)、上右侧检测梁(22)、以及由第九-第十二压敏元件(23-26)构成的第三惠斯通电桥；上侧矩形质量块(19)支悬于第二正方形硅基框架(18)的内腔上侧；上侧连接梁(20)沿上侧矩形质量块(19)的宽度方向中心线设置，且上侧矩形质量块(19)的上侧长边通过上侧连接梁(20)与第二正方形硅基框架(18)的上侧内壁固定；上左侧检测梁(21)沿上侧矩形质量块(19)的长度方向中心线设置，且上侧矩形质量块(19)的左侧短边通过上左侧检测梁(21)与第二正方形硅基框架(18)左侧内壁固定；上右侧检测梁(22)沿上侧矩形质量块(19)的长度方向中心线设置，且上侧矩形质量块(19)的右侧短边通过上右侧检测梁(22)与第二正方形硅基框架(18)右侧内壁固定；第九压敏元件(23)安装于上左侧检测梁(21)的左端下侧；第十压敏元件(24)安装于上左侧检测梁(21)的左端上侧；第十一压敏元件(25)安装于上右侧检测梁(22)的右端下侧；第十二压敏元件(26)安装于上右侧检测梁(22)的右端上侧； Z轴中量程加速度传感器包括下侧矩形质量块(27)、下侧连接梁(28)、下左侧检测梁(29)、下右侧检测梁(30)、以及由第十三-第十六压敏元件(31-34)构成的第四惠斯通电桥；下侧矩形质量块(27)支悬于第二正方形硅基框架(18)的内腔下侧；下侧连接梁(28)沿下侧矩形质量块(27)的宽度方向中心线设置，且下侧矩形质量块(27)的下侧长边通过下侧连接梁(28)与第二正方形硅基框架(18)的下侧内壁固定；下左侧检测梁(29)沿下侧矩形质量块(27)的长度方向中心线设置，且下侧矩形质量块(27)的左侧短边通过下左侧检测梁(29 )与第二正方形硅基框架(18 )左侧内壁固定；下右侧检测梁(30 )沿下侧矩形质量块(27)的长度方向中心线设置，且下侧矩形质量块(27)的右侧短边通过下右侧检测梁 (30)与第二正方形硅基框架(18)右侧内壁固定；第十三压敏元件(31)安装于下左侧检测梁(25)的左端中...
【专利技术属性】
技术研发人员：石云波，刘俊，唐军，赵锐，钱爰颖，潘龙丽，李杰，张晓明，杨卫，郭涛，马喜宏，鲍爱达，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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