Z轴电容式微机械加速度计 .pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN103675348A

(43)申请公布日2014.03.26

(21)申请号CN201310667119.X

(22)申请日2013.12.09

(71)申请人南京信息工程大学

地址210044江苏省南京市宁六路219号

(72)发明人刘恒宋安孟瑞丽周鹏

(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司

代理人许方

(51)Int.CI

G01P15/125

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

Z轴电容式微机械加速度计

(57)摘要

本发明公开了Z轴电容式微机械加

速度计，属于微机械电子系统中的惯性传

感器的技术领域，包括：玻璃基座，键合

在玻璃基座上的扭转结构层，溅射在玻璃

基座上的金电极层，扭转结构层包括结构

相同四个子单元，任意三个子单元相当于

另一个子单元按照顺时针方向或者逆时针

方向分别旋转九十度、一百八十度、二百

七十度得到。本发明通过减小检测电容极

板正对面积与极板间距的比值来增大微机

械加速度计的灵敏度，完全对称的扭转结

构层使得结构共模抑制比大，减小了输出

信号的零点偏移。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1.Z轴电容式微机械加速度计，包括：玻璃基座，键合在玻璃基座上的扭转结构层，

溅射在玻璃基座上的金电极层，其特征在于：所述扭转结构层包括结构相同四个子

单元，任意三个子单元相当于另一个子单元按照顺时针方向或者逆时针方向分别旋

转九十度、一百八十度、二百七十度得到；

其中，所述每个子单元包括：对称结构的四边形质量块，与所述四边形质量块连接

的支撑梁，在四边形质量块对称轴一侧的局部质量块上留有镂空区域，在所述四边

形质量块对称的第一侧边、第二侧边上均附着有梳齿，附着在四边形质量块第一侧

边上的水平梳齿与所属子单元的垂直方向夹角为九十度，附着在四边形质量块第二

侧边上的垂直梳齿与所属子单元的水平方向夹角为九十度。

2.根据权利要求1所述的Z轴电容式微机械加速度计，其特征在于：所述四边形质

量块为等腰梯形的质量块，所述四边形质量块相互对称的第一侧边、第二侧边即为

等腰梯形的两斜边。

Claim3.根据权利要求1或2所述的Z轴电容式微机械加速度计，其特征在于：

所述镂空区域为三角形区域。

说明书

技术领域

本发明公开了Z轴电容式微机械加速度计，属于微机械电子系统中的惯性传感器

的技术领域。

背景技术

微机械加速度计是微机电系统中最为成功的器件之一，在军事与民用领域有广泛的

应用前景，孕育着巨大的社会效益和经济效益，提高性能指标是目前微机械加速度

计领域的研究重点。

Z轴电容式微机械加速度计是通过Z轴方向的加速度作用在质量块上，质量块带动

支撑梁的活动，而质量块上的梳齿或平板也相应发生位置移动，当梳齿或平板与固

定平板构成的电容对的间隔距离或极板间隔距离发生变化时，意味着对应的电容发

生变化，电容变化的大小与Z轴方向的加速度大小有关。Z轴电容式微机械加速度

计正是通过检测电容变化的大小来感测Z轴方向加速度的。

Z轴电容式微机械加速度计一般有两种，一种是上下平动式，当Z轴方向加速度变

化时，支撑梁支撑的质量块在Z轴方向上近似上下平行移动，固定的电容极板在

质量块的正上方和正下方来形成差分电容，整个结构是一种“三明治”面包结构，这

种方案的加速度计层数多，制造困难，且活动质量块上下平行移动距离小，加速度

计灵敏度小。另外一种是扭转式，质量块通过梁来支撑，当Z轴方向加速度变化

时，支撑梁支撑的质量块左右两部分就会相对支撑梁对应的轴线发生扭转，一边质

量块位置上升，另一边质量块位置下降，对应的左右两边电容由于极板正对面积与

极板间距的比值