專利名稱：三軸加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加速度傳感器，其具有設(shè)置在基底平面上的質(zhì)量。
背景技術(shù)：
就在娛樂電子裝置和汽車電子裝置中的應(yīng)用而言，三軸加速度傳感器、 尤其是三軸微機械加速度傳感器是必需的。在此，希望加速度傳感器的結(jié) 構(gòu)形式盡可能緊湊。
微機械加速度傳感器的基本原理在于振動質(zhì)量借助于懸掛相對于固 定電極可動地支承在基底上。振動質(zhì)量和固定電極構(gòu)成一個或多個電容器。 由作用于微機械加速度傳感器上的加速度引起的振動質(zhì)量偏移導(dǎo)致電容器 的電容變化，所述電容變化可以被檢測到并且是作用的加速度大小的尺度。 優(yōu)選對電容變化差分地分析計算，以避免零點偏差。
在現(xiàn)有技術(shù)中，三軸加速度傳感器通過三個相互獨立的、具有分開的 振動質(zhì)量的傳感器芯實現(xiàn)，這些傳感器芯并排地設(shè)置在公共的芯片上。這 導(dǎo)致空間需求大并且導(dǎo)致加速度傳感器相對較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種三軸微機械加速度傳感器，該加速度傳感器 具有緊湊的結(jié)構(gòu)形式。這個目的通過具有本發(fā)明特征的加速度傳感器實現(xiàn)。
按照本發(fā)明，加速度傳感器包括基底、擺動質(zhì)量、與擺動質(zhì)量連接的z 彈簧以及至少一個與基底和擺動質(zhì)量連接的另外的彈簧裝置，所述z彈簧
允許擺動質(zhì)量圍繞一軸線旋轉(zhuǎn)。所述另外的彈簧裝置使擺動質(zhì)量能夠在平
行于或垂直于所述軸線定向的x或y方向上偏移。z彈簧或所述另外的彈簧 裝置使擺動質(zhì)量能夠在垂直于或平行于所述軸線定向的y或x方向上偏移。 因為該加速度傳感器只需要一個質(zhì)量元件來檢測所有三個空間方向上的加 速度，所以該加速度傳感器可以構(gòu)造得非常緊湊。
在一種有利的設(shè)計方案中，加速度傳感器具有柵電極，牢固地與基底
4連接的基底電極與所述柵電極相對置，其中，所述柵電極和基底電極允許
對擺動質(zhì)量在x或y方向上的偏移進行檢測。
在加速度傳感器的一種擴展方案中，至少一個牢固地與基底連接的z 電極與擺動質(zhì)量相對置，所述z電極允許對擺動質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)進行檢測。優(yōu) 選地，設(shè)置有至少兩個z電極，其中，這些z電極允許對擺動質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)
差分地分析計算。這能夠在檢測垂直于基底平面作用的加速度時補償零點偏差。
適宜地，z彈簧被構(gòu)造成扭轉(zhuǎn)彈簧。同樣適宜的是，所述另外的彈簧裝
置包括能夠在x和/或y方向上延展的彎曲彈簧。
在加速度傳感器的一種實施方式中，擺動質(zhì)量通過z彈簧與內(nèi)框架連 接，其中，該內(nèi)框架通過兩個設(shè)置在內(nèi)框架的相互對置的側(cè)上的、能夠在y 方向上延展的y彈簧與外框架連接，并且該外框架通過兩個設(shè)置在外框架 的相互對置的側(cè)上的、能夠在x方向上延展的x彈簧與基底連接。在此， 擺動質(zhì)量具有y柵電極，牢固地與基底連接的y基底電極與y柵電極相對 置。所述y柵電極和y基底電極允許對擺動質(zhì)量在y方向上的偏移進行檢 測。外框架具有x柵電極，牢固地與基底連接的x基底電極與x柵電極相 對置，其中，所述x柵電極和x基底電極允許對外框架在x方向上的偏移 進行檢測。該實施方式允許三軸加速度傳感器的結(jié)構(gòu)非常緊湊。
在加速度傳感器的另一種實施方式中，擺動質(zhì)量通過z彈簧與一框架 連接，其中，該框架通過多個設(shè)置在該框架的外棱邊上的、能夠在x和y 方向上延展的x-y彈簧與基底連接。擺動質(zhì)量具有y柵電極，牢固地與基 底連接的y基底電極與所述y柵電極相對置。在此，所述y柵電極和y基 底電極允許對擺動質(zhì)量在y方向上的偏移進行檢測。該框架具有x柵電極， 牢固地與基底連接的x基底電極與所述x柵電極相對置，其中，所述x柵 電極和x基底電極允許對框架在x方向上的偏移進行檢測。該實施方式也 允許加速度傳感器的結(jié)構(gòu)非常緊湊。
在加速度傳感器的另一種實施方式中，擺動質(zhì)量通過z彈簧與一框架 連接，其中，z彈簧可以在y方向上延展。該框架通過兩個設(shè)置在該框架的 相互對置的側(cè)上的、能夠在x方向上延展的x彈簧與基底連接。擺動質(zhì)量 具有y柵電極，牢固地與基底連接的y基底電極與y柵電極相對置，其中， 所述y柵電極和y基底電極允許對擺動質(zhì)量在y方向上的偏移進行檢測。該框架具有X柵電極，牢固地與基底連接的X基底電極與X柵電極相對置， 其中，所述X柵電極和X基底電極允許對框架在X方向上的偏移進行檢測。 該實施方式也允許加速度傳感器的結(jié)構(gòu)非常緊湊。在加速度傳感器的最后提到的實施方式的一種優(yōu)選擴展方案中，框架 不完全包圍擺動質(zhì)量。這允許進一步減小加速度傳感器的尺寸。


圖1示出用于檢測Z方向上的加速度的傳感器結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2示出Z加速度傳感器的工作原理的示意圖；圖3示出三軸加速度傳感器的第一實施方式的示意圖；圖4示出三軸加速度傳感器的第二實施方式的示意圖；圖5示出三軸加速度傳感器的第三實施方式的示意圖。
具體實施方式
圖1和2示意性地闡明以剖面示出的、用于檢測垂直于基底平面的方 向上的加速度的加速度傳感器的工作原理。該方向稱為Z方向。如圖1所示，加速度傳感器100包括振動質(zhì)量101，該振動質(zhì)量101 通過扭轉(zhuǎn)彈簧102與基底103連接。振動質(zhì)量101基本上片狀地構(gòu)造并且 平行于基底103平面設(shè)置。振動質(zhì)量101和基底103之間的連接僅僅通過 扭轉(zhuǎn)彈簧102建立，該扭轉(zhuǎn)彈簧102設(shè)置在振動質(zhì)量101的中部區(qū)域中?；?03具有牢固地與基底103連接的第一基底電極106和牢固地與 基底103連接的第二基底電極107。第一基底電極106和第二基底電極107 設(shè)置在振動質(zhì)量101下方并且分別在扭轉(zhuǎn)彈簧102旁邊的不同側(cè)。振動質(zhì)量101在扭轉(zhuǎn)彈簧102的一側(cè)具有相對于扭轉(zhuǎn)彈簧102的另一 側(cè)的附加質(zhì)量104。如果加速度在z方向上作用于加速度傳感器100上，則 振動質(zhì)量101的相對于其懸掛點的這種質(zhì)量不對稱性會引起振動質(zhì)量101 繞扭轉(zhuǎn)彈簧102傾斜。如圖2所示，振動質(zhì)量101是擺動電極105，該擺動電極105與第一基 底電極106共同構(gòu)成第一電容器201并且與第二基底電極107共同構(gòu)成第 二電容器202。第一電容器201和第二電容器202的電容基本上通過擺動電 極105與第一基底電極106和第二基底電極107的距離來確定。通過在z質(zhì)量101 的構(gòu)成第二電容器202的部分靠近基底103。在這種情況下，第一電容器 201的電容減小，而第二電容器202的電容增加。電容和電容變化可以通過 一個與第一電容器201和第二電容器202連接的電子分析計算裝置獲得和 分析計算。在此，第一電容器201和第二電容器202的反向電容變化允許 差分地分析計算，差分地分析計算提供了作用于加速度傳感器100上的加 速度和輸出信號之間的線性關(guān)系。差分地分析計算能夠?qū)崿F(xiàn)零點誤差的補 償。圖3示出三軸加速度傳感器300的第一實施方式。以俯視圖示出的加 速度傳感器300在z方向上設(shè)置在位于x-y平面中的基底313上方。加速度傳感器300通過兩個固定點301與基底313連接。這些固定點 301設(shè)置在加速度傳感器300的兩個在x方向上相互對置的側(cè)上。每個固定 點301與一個x彈簧307連接，這些x彈簧307在x方向上是可延展的并 且在y和z方向上是剛性的。x彈簧307例如可以構(gòu)造為由四個沿著矩形的 棱邊設(shè)置的梁組成的梁狀彈簧，這些梁在端部區(qū)域中相連接。x彈簧307 的縱向在y方向上定向。x彈簧307的兩個長邊可以彈性地相互靠近和相互 遠離地運動。每個x彈簧307的、相對于加速度傳感器300位于外部的縱 梁與一個固定點301連接。兩個x彈簧307的內(nèi)部梁分別與外框架302連 接。在另一種設(shè)計方案中，x彈簧307例如也可以構(gòu)造為S形的。外框架302包圍一個面積，該面積被分成兩個區(qū)段。大致矩形的第一 區(qū)段316沿著框架302的、在y方向上延伸的右側(cè)棱邊設(shè)置，該第一區(qū)段 316的長邊在y方向上定向?？蚣?02在該區(qū)段中形成在y方向上定向的、 梁狀的x柵電極314。在這些梁狀的x柵電極314之間設(shè)置有牢固地與基底 313連接的、帶狀的、在y方向上定向的x基底電極310。所述x基底電極 310與x柵電極314共同構(gòu)成一個電容器，該電容器的電容與柵電極314 到x基底電極310的距離有關(guān)。由外框架302包圍的第二面積區(qū)段317是基本上矩形的并且設(shè)置在矩 形的第一區(qū)段316旁邊。外框架302的矩形區(qū)段317的兩個平行于x方向 定向的梁318、 319各與一個y彈簧308連接。這些y彈簧308具有與x彈簧307相同的形狀，但是與x彈簧相比旋轉(zhuǎn)了 90° ，從而y彈簧308的縱 向平行于x方向定向。兩個y彈簧308各有一個縱梁與外框架302連接。 兩個y彈簧308各有另一個縱梁與內(nèi)框架303連接。在另一種設(shè)計方案中， y彈簧308例如可以構(gòu)造為S形的。內(nèi)框架303由四個沿著基本正方形的矩形的棱邊設(shè)置的梁320、 321、 322、 323組成。內(nèi)框架303的內(nèi)部面積通過兩個在內(nèi)框架303的平行于y 方向定向的梁321、 323之間延伸的z彈簧309分成兩個不同大小的區(qū)段， 在這兩個z彈簧309之間具有短臂305。兩個z彈簧309構(gòu)造為梁狀的扭轉(zhuǎn) 彈簧，這兩個z彈簧309在x方向上在短臂305兩側(cè)延伸。短臂305與擺動質(zhì)量304連接，該擺動質(zhì)量304基本充滿由內(nèi)框架303 包圍的面積中的兩個不同大小的區(qū)段。擺動質(zhì)量304可以繞由兩個z彈簧 309構(gòu)成的、在x方向上定向的軸線旋轉(zhuǎn)。擺動質(zhì)量304的位于旋轉(zhuǎn)軸線兩 側(cè)的部分具有不同的大小。與擺動質(zhì)量304的較小部分相比，擺動質(zhì)量304 的較大部分包括附加質(zhì)量306。在z方向上在擺動質(zhì)量304的這兩個部分下 方各設(shè)置有一個牢固地與基底313連接的z電極312。這兩個z電極312 占據(jù)大約相同的面積。這兩個z電極312分別與擺動質(zhì)量304共同構(gòu)成一 個電容器，電容器的電容與擺動質(zhì)量304到相應(yīng)的z電極312的距離有關(guān)。在x方向上定向的、梁狀的y柵電極315集成在擺動質(zhì)量304的包括 附加質(zhì)量306的較大部分中。在這些梁狀的y柵電極315之間設(shè)置有牢固 地與基底313連接的、在x方向上定向的、帶狀的y基底電極311。 y基底 電極311與擺動質(zhì)量304的y柵電極315共同構(gòu)成一個電容器，該電容器 的電容與y柵電極315到y(tǒng)基底電極311的距離有關(guān)。在x方向上作用于加速度傳感器300上的加速度導(dǎo)致在x方向上作用 于擺動質(zhì)量304上的力，該力使x彈簧307在x方向上彈性地變形并且使 外框架302在x方向上偏移。作用于加速度傳感器300上的加速度越大， 偏移就越大。外框架302的偏移導(dǎo)致x基底電極310與外框架302的x柵 電極314之間的距離變化，由此也改變由x基底電極310和x柵電極314 構(gòu)成的電容器的電容。所述電容變化可以借助與加速度傳感器300連接的 電子分析計算裝置檢測和分析計算。在y方向上作用于加速度傳感器300上的加速度引起在y方向上作用 于擺動質(zhì)量304上的力并且導(dǎo)致這兩個y彈簧308在y方向上彈性變形和內(nèi)框架303在y方向上偏移。作用于加速度傳感器300上的加速度越大， 內(nèi)框架303的偏移就越大。內(nèi)框架303在y方向上的偏移引起集成在擺動 質(zhì)量304中的y柵電極315和牢固地與基底313連接的y基底電極311之 間的距離變化。由此使得由y柵電極315和y基底電極311構(gòu)成的電容器 的電容發(fā)生變化，這可以通過一個與加速度傳感器300連接的電子分析計 算裝置識別和量化。在z方向上作用于加速度傳感器300上的加速度導(dǎo)致在z方向上作用 于擺動質(zhì)量304上的力。因為擺動質(zhì)量304的設(shè)置在z彈簧309兩側(cè)的部 分具有不同的質(zhì)量，所以作用于擺動質(zhì)量304的配有附加質(zhì)量306的部分 上的力比作用于擺動質(zhì)量304的其它部分上的力更大。這種力不平衡性引 起相對于z彈簧309作用于擺動質(zhì)量304上的扭矩，該扭矩引起擺動質(zhì)量 304繞由z彈簧309構(gòu)成的軸線傾斜。作用于加速度傳感器300上的加速度 越大，擺動質(zhì)量304的傾斜就越大。通過擺動質(zhì)量304的傾斜來改變這兩 個由擺動質(zhì)量304和兩個牢固地與基底313連接的z電極312構(gòu)成的電容 器的電容。其中一個電容器的電容增加，另一個電容器的電容減少。這些 電容變化可以通過與加速度傳感器300連接的電子分析計算裝置獲得和分 析計算。因為存在兩個電容器可供使用，這些電容器的電容變化具有相反 的符號，所以對電容變化差分地分析計算是可行的。由此提高了精度。圖4示出加速度傳感器400的第二實施方式。該加速度傳感器400在z 方向上設(shè)置在位于x-y平面中的基底413上方。加速度傳感器400包括四個x-y彈簧407，這些x-y彈簧407各通過一 個固定點401與基底413連接。每個x-y彈簧407被構(gòu)造為曲折形的梁結(jié) 構(gòu)。曲折形的x-y彈簧407的一個端部總是與一個固定點401連接。x-y彈 簧407的另一個端部總是與加速度傳感器400的框架402連接。兩個x-y 彈簧407分別設(shè)置在框架402的兩個在x方向上相互對置的、在y方向上 延伸的側(cè)棱邊上。每個x-y彈簧407不僅在x方向上而且在y方向上可彈 性變形，但是在z方向上是剛性的。在另一種設(shè)計方案中，x-y彈簧407例 如可以構(gòu)造為S形的?？蚣?02在一側(cè)是部分敞開的并且具有基本上矩形的基本形狀，該基 本形狀通過框架402的沿著矩形側(cè)棱邊延伸的梁區(qū)段構(gòu)成。由框架402包 圍的面積被分成兩個區(qū)段416、 417。沿著框架402的在y方向上延伸的側(cè)9棱邊設(shè)置有一矩形的區(qū)段416，該區(qū)段的長邊在y方向上定向。框架402 在該區(qū)段416中形成在y方向上定向的、梁狀的x柵電極414。在這些梁狀 的x柵電極414之間設(shè)置有牢固地與基底413連接的、帶狀的、在y方向 上定向的x基底電極410。 x基底電極410與x柵電極414共同構(gòu)成一個電 容器，該電容器的電容與x柵電極414到x基底電極410的距離有關(guān)。由框架402包圍的面積的第二區(qū)段417基本上通過擺動質(zhì)量404的兩 個不同大小的翼充滿。擺動質(zhì)量404的兩個翼通過短臂405相互連接。短 臂405在兩側(cè)各通過一個在x方向上延伸的z彈簧409與框架402連接。 這兩個z彈簧409構(gòu)造為梁狀的扭轉(zhuǎn)彈簧并且允許擺動質(zhì)量404繞由z彈 簧409構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)軸線傾斜。與擺動質(zhì)量404的較小翼相比，擺動質(zhì)量404的兩個翼中的較大翼包 括附加質(zhì)量406。在x方向上定向的、梁狀的y柵電極415集成在擺動質(zhì)量 404的較大翼中。在這些梁狀的y柵電極415之間設(shè)置有牢固地與基底413 連接的、帶狀的、在x方向上延伸的y基底電極411。 y基底電極411與y 柵電極415共同構(gòu)成一個電容器，該電容器的電容與y柵電極415到y(tǒng)基 底電極411的距離有關(guān)。在擺動質(zhì)量404的兩個翼的每個翼下方分別設(shè)置一個牢固地與基底 413連接的z電極412。這兩個z電極412占據(jù)大約相同的面積。每個z電 極412與擺動質(zhì)量404共同形成一個電容器，該電容器的電容與擺動質(zhì)量 404到相應(yīng)的z電極412的距離有關(guān)。框架402的包圍擺動質(zhì)量404的梁區(qū)段可以選擇性地省去，以便減少 加速度傳感器400的空間需求。在圖4的視圖中，例如省去了框架402的、 包圍擺動質(zhì)量404較大翼的一個梁區(qū)段。在x方向上作用于加速度傳感器400上的加速度產(chǎn)生在x方向上作用 于擺動質(zhì)量404上的力。由此使x-y彈簧407在x方向上彈性變形并且使 框架402在x方向上偏移。作用于加速度傳感器400上的加速度越大，框 架402的偏移就越大?？蚣?02的偏移引起x柵電極414和與基底413連 接的x基底電極410之間的距離變化。由此使得由x基底電極410和x柵 電極414構(gòu)成的電容器的電容發(fā)生變化，這可以借助與加速度傳感器400 連接的電子分析計算裝置獲得和分析計算。在y方向上作用于加速度傳感器400上的加速度引起在y方向上施加10在擺動質(zhì)量404上的力，該力導(dǎo)致x-y彈簧407在y方向上彈性變形并且 導(dǎo)致框架402在y方向上偏移。作用于加速度傳感器400上的加速度越大， 框架402在y方向上的偏移就越大?？蚣?02的偏移引起由y柵電極415 和與基底413連接的y基底電極411構(gòu)成的電容器的電容變化。該電容變 化可以通過與加速度傳感器400連接的電子分析計算裝置獲得和分析計算。 在z方向上作用于加速度傳感器400上的加速度導(dǎo)致在z方向上作用 于擺動質(zhì)量404上的力。由于擺動質(zhì)量404的兩個翼的質(zhì)量不同，使得作 用于擺動質(zhì)量的兩個翼上的力不同并且導(dǎo)致有扭矩作用于擺動質(zhì)量404上， 該扭矩引起擺動質(zhì)量404繞由z彈簧409構(gòu)成的軸線傾斜。由此使擺動質(zhì) 量404和兩個與基底413連接的z電極412之間的距離發(fā)生變化。結(jié)果是 由z電極412中的一個和擺動質(zhì)量404構(gòu)成的電容器的電容增加，而由另 一個z電極412和擺動質(zhì)量404構(gòu)成的電容器的電容減小。這些電容變化 可以通過與加速度傳感器400連接的電子分析計算裝置檢測和差分地分析 計算。
圖5示出加速度傳感器500的另一種實施方式。基本上片狀的加速度 傳感器500在z方向上設(shè)置在位于x-y平面中的基底513上方。
加速度傳感器500包括兩個x彈簧507，這些x彈簧507設(shè)置在加速度 傳感器500的兩個在x方向上相互對置的側(cè)上。x彈簧507分別由四個沿著 矩形的棱邊延伸的梁區(qū)段組成，這些梁區(qū)段在端部區(qū)域中相互連接。x彈簧 507的縱向平行于y軸定向。每個x彈簧507在x方向上是可彈性變形的， 但是在y方向和z方向上是剛性的。在兩個在y方向上延伸的梁區(qū)段外部， x彈簧507各通過一個固定點501與基底513連接。兩個x彈簧507的內(nèi)部 梁區(qū)段分別與框架502連接。在另一種設(shè)計方案中，x彈簧507例如可以構(gòu) 造為S形的。
框架502部分地包圍矩形的基本形狀，該基本形狀被分成兩個區(qū)段 516、 517。
第一區(qū)段516由梁狀的x柵電極514構(gòu)成，這些x柵電極514沿著框 架502的在y方向上定向的、較短的側(cè)棱邊設(shè)置。在這些在y方向上定向 的x柵電極514之間設(shè)置有牢固地與基底513連接的、帶狀的、在y方向 上延伸的x基底電極510。在第一區(qū)段516的面向第二區(qū)段517的一側(cè)，該 第一區(qū)段516通過框架502的在y方向上定向的梁519限定。由框架502包圍的面積的第二區(qū)段517在框架502的梁519和一個另 外的在y方向上定向的梁518之間延伸并且基本上通過擺動質(zhì)量504的兩 個大小不同的翼充滿。擺動質(zhì)量504的這兩個翼通過短臂505連接。短臂 505在兩側(cè)通過兩個在x方向上延伸的y-z彈簧508與框架502的梁518和 519連接。y-z彈簧構(gòu)造成梁狀的扭轉(zhuǎn)彈簧。y-z彈簧508允許擺動質(zhì)量504 繞由y-z彈簧508構(gòu)成的、在x方向上延伸的軸線傾斜。此外，y-z彈簧508 允許擺動質(zhì)量504在y方向上偏移。y-z彈簧508在x方向上是剛性的。
因為擺動質(zhì)量504的兩個翼具有不同的大小，所以擺動質(zhì)量504的兩 個翼中的較大翼與擺動質(zhì)量504的兩個翼中的較小翼相比具有附加質(zhì)量 506。在擺動質(zhì)量504的兩個翼中的較大翼中集成有在x方向上定向的、梁 狀的y柵電極515。在這些梁狀的y柵電極515之間設(shè)置有牢固地與基底 513連接的、帶狀的、在x方向上延伸的y基底電極511。
在z方向上在擺動質(zhì)量504的兩個翼下方各設(shè)置有一個牢固地與基底 513連接的z電極512。這兩個z電極512占據(jù)大約相同的面積。每個z電 極512與擺動質(zhì)量504的一個翼構(gòu)成一個電容器，該電容器的電容與擺動 質(zhì)量504的翼到相應(yīng)電極512的距離有關(guān)。
框架502的包圍擺動質(zhì)量504的梁區(qū)段可以省去，以便減少加速度傳 感器500的空間需求。在圖5的視圖中，例如省去了框架502的兩個包圍 擺動質(zhì)量504的、平行于x軸線的梁區(qū)域。在另一種實施方式中，框架502 的梁518、 519的端部區(qū)域相互連接。
如果加速度在x方向上作用于加速度傳感器500上，則擺動質(zhì)量504 受到x方向上的力，該力導(dǎo)致兩個x彈簧507在x方向上彈性變形并且導(dǎo) 致框架502在x方向上偏移。由此使得由x柵電極514和x基底電極510 構(gòu)成的電容器的電容發(fā)生變化。這些電容變化可以借助與加速度傳感器500 連接的電子分析計算裝置檢測和分析計算。
如果加速度在y方向上作用于加速度傳感器500上，則擺動質(zhì)量504 受到y(tǒng)方向上的力，該力引起y-z彈簧508在y方向上彈性變形和擺動質(zhì) 量504在y方向上偏移。通過擺動質(zhì)量504的偏移使得由y柵電極515和y 基底電極511構(gòu)成的電容器的電容發(fā)生變化。這些電容變化可以借助與加 速度傳感器500連接的電子分析計算裝置獲得和量化。
在z方向上作用于加速度傳感器500上的加速度導(dǎo)致在z方向上作用于擺動質(zhì)量504上的力。由于擺動質(zhì)量504的兩個翼的質(zhì)量不同，使得作 用于擺動質(zhì)量504的兩個翼上的力不同并且產(chǎn)生作用于擺動質(zhì)量504上的 扭矩，該扭矩引起擺動質(zhì)量504繞由y-z彈簧508構(gòu)成的軸線傾斜。作用 于加速度傳感器500上的加速度越大，所述傾斜就越大。通過擺動質(zhì)量504 的傾斜使兩個由擺動質(zhì)量504的翼和在z方向上設(shè)置在翼下方的z電極512 構(gòu)成的電容器的電容發(fā)生變化。其中一個電容器的電容增加，而另一個電 容器的電容減小。這些電容變化可以借助與加速度傳感器500連接的電子 分析計算裝置獲得和差分地分析計算。
與在圖3中所示的加速度傳感器300相比，在圖4和5中所示的加速 度傳感器400和500的特征在于空間需求減少。與現(xiàn)有技術(shù)相比，所有的 加速度傳感器300、 400、 500都減少了空間需求，這一點通過將擺動質(zhì)量
共同用于檢測所有三個空間方向上的加速度來實現(xiàn)。
在所有的加速度傳感器300、 400、 500中，x基底電極310、 410、 510 和y基底電極311、 411、 511也可以設(shè)計用于對x或y方向上的偏移差分 地分析計算。對于普通技術(shù)人員來說，可能的實現(xiàn)方式由現(xiàn)有技術(shù)公開。
權(quán)利要求
1.一種加速度傳感器，其具有基底(313，413，513)、擺動質(zhì)量(304，404，504)、與擺動質(zhì)量連接的z彈簧(309，409，508)以及至少一個與基底和擺動質(zhì)量連接的另外的彈簧裝置(307，308，407，507，508)，所述z彈簧允許擺動質(zhì)量繞一軸線旋轉(zhuǎn)，其中，所述另外的彈簧裝置使擺動質(zhì)量能夠在平行于或垂直于所述軸線定向的x或y方向上偏移，并且，所述z彈簧或所述另外的彈簧裝置使擺動質(zhì)量能夠在垂直于或平行于所述軸線定向的y或x方向上偏移。
2. 如權(quán)利要求l所述的加速度傳感器，其中，該加速度傳感器具有柵 電極(314， 315， 414， 415， 514， 515)，牢固地與基底連接的基底電極(310， 311， 410， 411， 510， 511)與所述柵電極相對置，所述柵電極和基底電極 允許對擺動質(zhì)量在x或y方向上的偏移進行檢測。
3. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的加速度傳感器，其中，至少一個牢 固地與基底連接的z電極(312， 412， 512)與擺動質(zhì)量相對置，所述z電 極允許對擺動質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)進行檢測。
4. 如權(quán)利要求3所述的加速度傳感器，其中，設(shè)置有至少兩個z電極， 所述z電極允許對擺動質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)差分地分析計算。
5. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的加速度傳感器，其中，z彈簧被構(gòu) 造成扭轉(zhuǎn)彈簧。
6. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的加速度傳感器，其中，所述另外的 彈簧裝置包括能夠在x和/或y方向上延展的彎曲彈簧。
7. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的加速度傳感器，其中，擺動質(zhì)量通 過z彈簧與內(nèi)框架(303)連接，該內(nèi)框架(303)通過兩個設(shè)置在內(nèi)框架 的相互對置的側(cè)上的、能夠在y方向上延展的y彈簧(308)與外框架(302)連接，該外框架(302)通過兩個設(shè)置在外框架的相互對置的側(cè)上的、能夠 在x方向上延展的x彈簧(307)與基底連接，擺動質(zhì)量具有y柵電極(315)， 牢固地與基底連接的y基底電極(311)與y柵電極(315)相對置，所述 y柵電極和y基底電極允許對擺動質(zhì)量在y方向上的偏移進行檢測，外框架 具有x柵電極(314)，牢固地與基底連接的x基底電極(310)與x柵電極 相對置，所述x柵電極和x基底電極允許對外框架在x方向上的偏移進行 檢測。
8. 如權(quán)利要求1至6中任一項所述的加速度傳感器，其中，擺動質(zhì)量 通過z彈簧與一框架(402)連接，該框架(402)通過多個設(shè)置在該框架 的外棱邊上的、能夠在x和y方向上延展的x-y彈簧(407)與基底連接， 擺動質(zhì)量具有y柵電極(415)，牢固地與基底連接的y基底電極(411)與 y柵電極相對置，所述y柵電極和y基底電極允許對擺動質(zhì)量在y方向上的 偏移進行檢測，該框架具有x柵電極(414)，牢固地與基底連接的x基底 電極(410)與x柵電極(414)相對置，所述x柵電極和x基底電極允許 對該框架在x方向上的偏移進行檢測。
9. 如權(quán)利要求1至6中任一項所述的加速度傳感器，其中， 擺動質(zhì)量通過z彈簧與一框架(502)連接，z彈簧能夠在y方向上延展，該框架通過兩個設(shè)置在該框架的相互對置的側(cè)上的、能夠在x方向上 延展的x彈簧(507)與基底連接，擺動質(zhì)量具有y柵電極(515)，牢固地 與基底連接的y基底電極(511)與y柵電極(515)相對置，所述y柵電 極和y基底電極允許對擺動質(zhì)量在y方向上的偏移進行檢測，該框架具有x 柵電極(514)，牢固地與基底連接的x基底電極(510)與x柵電極(514) 相對置，所述x柵電極和x基底電極允許對該框架在x方向上的偏移進行 檢測。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的加速度傳感器，其中，所述框架不完全 地包圍擺動質(zhì)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種加速度傳感器，其包括基底、擺動質(zhì)量、與擺動質(zhì)量連接的z彈簧以及至少一個與基底和擺動質(zhì)量連接的另外的彈簧裝置，所述z彈簧允許對擺動質(zhì)量繞一軸線旋轉(zhuǎn)。所述另外的彈簧裝置使擺動質(zhì)量能夠在平行于或垂直于所述軸線定向的x或y方向上偏移。所述z彈簧或所述另外的彈簧裝置使擺動質(zhì)量能夠在垂直于或平行于軸線定向的y或x方向上偏移。
文檔編號G01P15/18GK101655508SQ20091016805
公開日2010年2月24日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月19日
發(fā)明者A·克爾布爾, J·克拉森, L·特夫耶 申請人:羅伯特·博世有限公司