專利名稱：Mems加速度地震傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種地震傳感裝置，具體地說是一種加速度地震傳感器。
背景技術(shù)：
我們知道，石油、煤炭行業(yè)進行地質(zhì)勘探時，地震傳感器是必備的工具?，F(xiàn)有地震傳感器主要采用磁電式速度傳感器，其結(jié)構(gòu)主要由外殼、上蓋、下蓋、線圈、彈片、磁體、軛鐵、電極等組成，軛鐵位于磁體上、下兩端，磁體與軛鐵的定位是通過軛鐵上的凹孔實現(xiàn)，它們組成磁回路裝置，線圈繞在磁體、軛鐵外部，由彈片支撐，當外界發(fā)生震動，線圈在磁回路中做上下往復(fù)振動，切割磁力線，輸出震動信號。磁電式地震傳感器性能的好壞主要取決于磁體的性能，體積一般都比較大，造成磁回路裝置體積較大、成本高，使裝好的傳感器成品體積也大、成本高，造成施工困難。同時，上述裝置磁路分流和溫度補償作用也差，工作可靠性不高。另外還有電容式加速度傳感器，其是變間距差動電容傳感器，其芯片由兩片固定的外側(cè)電極和可移動的中間電極構(gòu)成，上電極、下電極是以微機械加工技術(shù)形成的槽型電極，中間電極包括邊框、質(zhì)量塊、懸臂梁等，由中央可動電極和上下固定電極構(gòu)成一個三明治結(jié)構(gòu)。中間電極的質(zhì)量塊由懸臂梁支撐，受震后，中間電極發(fā)生位移引起上下電容量變化。中間電極常規(guī)設(shè)計均為正方形或長方形結(jié)構(gòu)，因此與其連接的懸臂梁為雙臂和四臂。采用雙臂梁結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)中間電極平動難度大，而抗沖擊、橫向隔離性能差；四臂梁結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)平行移動，橫向隔離性能抗沖擊均優(yōu)于雙臂梁結(jié)構(gòu)，其缺點是體積大，相應(yīng)靈敏度低。另外，在電容電極間有粘滯性氣體，如空氣，這些氣體在中間電極的質(zhì)量塊振動時會產(chǎn)生阻力，阻尼大，會減小傳感器品質(zhì)因數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種構(gòu)造緊湊，體積小，靈敏度高，抗沖擊，線性好，可靠性高，工藝性好的MEMS加速度地震傳感器。
本實用新型解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是一種MEMS加速度地震傳感器，包括上電極、下電極和可移動的中間電極，上電極、下電極是以微機械加工技術(shù)形成的槽型電極，中間電極包括邊框、質(zhì)量塊、懸臂梁，其特征在于質(zhì)量塊為正六邊形結(jié)構(gòu)，通過其上均布設(shè)置的三條懸臂梁支撐在邊框及上電極、下電極形成的槽中。
本實用新型中間電極由于采用上述的三臂梁和正六邊形的質(zhì)量塊，保證中間電極的平動，線形好，抗沖擊性強，縱橫隔離性能強，溫度漂移小，體積小，可靠性高。對照現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，體積小，安裝方便，工作可靠性高。
以下結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.上電極，2.質(zhì)量塊，3.懸臂梁，4.中間排氣孔，5.排氣通道，6.下電極，7.邊框。
具體實施方式
從圖1中可以看出，一種MEMS加速度地震傳感器，包括上電極1、下電極6和可移動的中間電極，構(gòu)成一個變間距差動電容傳感器。上電極1、下電極6，可用硅或高硅玻璃以微機械加工制做的槽性電極或平面電極。上電極1、下電極6，同時起過載保護作用。中間電極在上電極1、下電極6之間，其是用[100]或[110]晶向的單晶硅為基體，用微機械加工技術(shù)形成一個包括邊框7、質(zhì)量塊2、三個懸臂梁3的一體結(jié)構(gòu)。質(zhì)量塊2由懸臂梁3、邊框7支撐，位于上電極1、下電極6和邊框7形成的槽中。
本實用新型質(zhì)量塊2為正六邊形結(jié)構(gòu)，通過具上均布設(shè)置的三條懸臂梁3和邊框7相連。支撐在邊框7及上電極1、下電極6形成的槽中。邊框7外邊為正四方形，內(nèi)邊為正六邊形結(jié)構(gòu)。受震動時，均勻設(shè)置的三個懸臂梁3在正六邊形質(zhì)量塊2帶動下產(chǎn)生應(yīng)力，發(fā)生位移。由于懸臂梁3等分固定在六邊形質(zhì)量塊上，因此保證質(zhì)量塊在上、下電極間平動，線性好，過載能力強。
本實用新型為減小阻尼，中間電極的質(zhì)量塊2中央設(shè)有中間排氣孔4，排氣孔4可以是方孔，也可以是圓孔。中間電極的邊框7上加工多個排氣通道5。本實用新型排氣通道5可以設(shè)在邊框7與上電極1、下電極6接觸的上、下側(cè)面上。這樣，當質(zhì)量塊2做上下位移時，腔室中的空氣可通過中間排氣孔4和排氣通道5排出，加強空氣的流動，以減小阻尼，并起到降低噪音的作用。
本實用新型是以微機械加工和集成電路工藝為手段形成的一個三明治式變間距差動電容傳感器。當傳感器固定在被測物體上，被測物體產(chǎn)生震動時，質(zhì)量塊發(fā)生位移，則與上下電極產(chǎn)生位移差分別為Δd1與-Δd2由于質(zhì)量塊本身又是傳感器的中間電極，故相對固定的上下電極產(chǎn)生電容差的變化，其中一個電極C1增加一個ΔC1，而另一個電極C2減少一個ΔC2，當位移量d1＝-d2.電容C1＝C2＝C0，則電容C1、C2變化量的方程為C1＝C0〔1+Δd/d+(Δd/d)2+(Δd/d)3+…〕C2＝C0〔1-Δd/d+(Δd/d)2-(Δd/d)3+…〕電容的相對變化量ΔC/C0＝C1-C2/C0＝2〔Δd/d+(Δd/d)3+…〕忽略高次項ΔC/C0＝2(Δd/d)本實用新型傳感器的輸出是電容量，為應(yīng)用方便起見，備有相應(yīng)的C-V變換電路等。經(jīng)振蕩電路作用于傳感器，再經(jīng)C-V變換電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換等，最后單片機輸出?？色@得模擬量輸出，也可以實現(xiàn)數(shù)字量輸出。具體的應(yīng)用電路屬于已有技術(shù)，這里不在詳述。
本實用新型由于是三臂梁穩(wěn)定平移結(jié)構(gòu)，靈敏度比四臂梁高，線性好，溫度漂移小，不需溫度和線性補償。
權(quán)利要求1.一種MEMS加速度地震傳感器，包括上電極、下電極和可移動的中間電極，上電極、下電極是以微機械加工技術(shù)形成的槽型電極，中間電極包括邊框、質(zhì)量塊、懸臂梁，其特征在于質(zhì)量塊為正六邊形結(jié)構(gòu)，通過其上均布設(shè)置的三條懸臂梁支撐在邊框及上電極、下電極形成的槽中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS加速度地震傳感器，其特征是邊框外邊為正四方形，內(nèi)邊為正六邊形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS加速度地震傳感器，其特征是質(zhì)量塊中央設(shè)有中間排氣孔，邊框上設(shè)有多個排氣通道。
專利摘要本實用新型涉及一種MEMS加速度地震傳感器，包括上電極、下電極和可移動的中間電極，上、下電極是以微機械加工技術(shù)形成的槽型電極，中間電極包括邊框、質(zhì)量塊、懸臂梁。本實用新型質(zhì)量塊為正六邊形結(jié)構(gòu)，通過其上均布設(shè)置的三條懸臂梁支撐在邊框及上電極、下電極形成的槽中。保證了中間電極平動，本實用新型橫向隔離性能效果好，線形好，抗沖擊性強，溫度漂移小，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，體積小，安裝方便，工作可靠性高。特別適合于制作三分量傳感器。
文檔編號G01V1/16GK2812028SQ200520085090
公開日2006年8月30日 申請日期2005年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者牛德芳, 顏永安, 于國良, 唐曉剛, 張樂巧, 張桂先, 趙冰, 孫中心, 星學(xué)奎 申請人:威海雙豐電子集團有限公司