一種微機(jī)械加速度計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微機(jī)械加速度計(jì)，其包括：基片，在基片上固定設(shè)置有第一配合體；連接件；多個(gè)敏感體，多個(gè)敏感體各自通過相應(yīng)的連接件與基片相連；其中，多個(gè)連接件的剛度彼此不相同，使得各個(gè)敏感體能測量不同范圍內(nèi)的加速度。本發(fā)明提供的加速度計(jì)集成了多個(gè)逐層嵌套的不同量程的敏感單元，這樣對(duì)于不同范圍內(nèi)的加速度便可以采用相應(yīng)的敏感單元進(jìn)行測量。這種測量方式能夠有效提高測量的準(zhǔn)確性和精確度。同時(shí)多個(gè)敏感單元采用逐層嵌套的結(jié)構(gòu)，相較于現(xiàn)有的加速度計(jì)，本發(fā)明提供的加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)更加緊湊、體積更小。
【專利說明】一種微機(jī)械加速度計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機(jī)械慣性儀表【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種微機(jī)械加速度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)械加速度計(jì)作為微型慣性測量組合的的核心組成部分之一，具有體積小、重量輕、功耗小、成本低、易集成、過載能力強(qiáng)和可批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，其在飛行器飛行狀態(tài)檢測等應(yīng)用場合中占據(jù)著越來越顯著的地位。
[0003]通常彈體在初始發(fā)射階段需要承受較大的加速度沖擊，而實(shí)際飛行過程中的加速度則小于幾十個(gè)g。為了準(zhǔn)確解算彈體飛行軌跡，需要測量發(fā)射過程和飛行過程中不同g值范圍的加速度情況。
[0004]高量程加速度計(jì)的分辨率一般較差，測量誤差大。所以如果使用單個(gè)高量程加速度計(jì)測量全部過程的加速度，存在低g值飛行階段加速度測量精度低的問題。而如果使用兩個(gè)不同量程的加速度計(jì)組合的方法，則加速度計(jì)的體積和成本增加，且傳感器之間的數(shù)據(jù)對(duì)準(zhǔn)也會(huì)引入系統(tǒng)誤差。
[0005]基于上述情況，亟需一種能夠準(zhǔn)確測量加速度的加速度計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種微機(jī)械加速度計(jì)，其包括:
[0007]基片，在所述基片上固定設(shè)置有第一配合體；
[0008]連接件；
[0009]多個(gè)敏感體，所述多個(gè)敏感體各自通過相應(yīng)的連接件與所述基片相連；
[0010]其中，多個(gè)連接件的剛度彼此不相同，使得各個(gè)敏感體能測量不同范圍內(nèi)的加速度。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,所述敏感體包括:
[0012]通過連接件與所述基片相連的質(zhì)量塊；
[0013]設(shè)置在所述質(zhì)量塊上的、與所述第一配合體配合工作的第二配合體。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一配合體包括第一定齒，所述第二配合體包括與所述第一定齒交錯(cuò)配合的第一動(dòng)齒，所述第一定齒與所述第一動(dòng)齒構(gòu)成第一齒組，
[0015]當(dāng)外界加速度輸入時(shí)，所述連接件沿與加速度方向相反的方向發(fā)生形變，使得所述第一動(dòng)齒與第一定齒之間的距離相應(yīng)地增大或減小，導(dǎo)致所述第一動(dòng)齒與第一定齒之間的電容相應(yīng)的減小或增大，從而根據(jù)電容變化反映加速度情況。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述加速度計(jì)還包括第二齒組，所述第二齒組包括:設(shè)置在所述質(zhì)量塊上的第二動(dòng)齒，設(shè)置在所述基片上、與所述第二動(dòng)齒交錯(cuò)配合的第二定齒；
[0017]其中，當(dāng)所述第一動(dòng)齒與第一定齒之間的距離增大或減小時(shí)，所述第二動(dòng)齒與第二定齒之間的距離相應(yīng)地減小或增大。[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述質(zhì)量塊與基片之間設(shè)置有多個(gè)成對(duì)出現(xiàn)的第一齒組和第二齒組。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述敏感體還包括過量程保護(hù)裝置，所述過量程保護(hù)裝置包括:
[0020]設(shè)置在所述質(zhì)量塊上的止檔動(dòng)齒和設(shè)置在所述基片上、與所述止檔動(dòng)齒交錯(cuò)配合的止檔定齒，
[0021]當(dāng)加速度計(jì)具有的加速度大于或等于敏感體的量程時(shí)，該敏感體中的止檔定齒與止檔動(dòng)齒接觸，阻擋止檔動(dòng)齒的運(yùn)動(dòng)，從而阻擋該質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)該敏感體的過量程保護(hù)。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述止檔動(dòng)齒和/或止檔定齒為柔性齒。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述敏感體采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)敏感體之間逐層嵌套。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述多個(gè)敏感體包括第一敏感體和嵌套在所述第一敏感體內(nèi)的第二敏感體，其中，
[0025]所述第一敏感體的連接件的剛性小于所述第二敏感體連接件的剛性，使得所述第一敏感體測量小于預(yù)設(shè)加速度閾值的加速度，所述第二敏感體測量大于或等于預(yù)設(shè)加速度閾值的加速度。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一敏感體采用閉環(huán)控制方式，所述第二敏感體采用開環(huán)或閉環(huán)控制方式。
[0027]本發(fā)明提供的加速度計(jì)集成了多個(gè)不同量程的敏感單元，這樣對(duì)于不同范圍內(nèi)的加速度便可以采用相應(yīng)的敏感單元進(jìn)行測量。這種方式能夠有效提高測量的準(zhǔn)確性和精確度。同時(shí)多個(gè)敏感單元采用逐層嵌套的結(jié)構(gòu)，相較于現(xiàn)有的加速度計(jì)，本發(fā)明提供的加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)更加緊湊、體積更小。
[0028]同時(shí)，本發(fā)明提供的加速度計(jì)中的止檔定齒和/或止檔動(dòng)齒采用柔性齒。這樣能夠緩沖沖擊輸入的能量，提高加速度計(jì)敏感方向的抗過載能力。同時(shí)敏感單元由多組折疊梁并聯(lián)支撐，這種結(jié)構(gòu)有利于提高微結(jié)構(gòu)面外的平動(dòng)模態(tài)，改善加速度計(jì)非敏感方向的抗沖擊能力。
[0029]此外，本發(fā)明提供的加速度計(jì)中的第一敏感體采用閉環(huán)控制方式，這樣能夠保證低量程加速度的測量精度；第二敏感體采用開環(huán)控制方式，這樣能夠通過支撐梁的剛度來保證測量高量程加速度時(shí)的非線性。所以相較于現(xiàn)有的加速度計(jì)，本發(fā)明所采用的控制方式能夠有效提高加速度計(jì)的準(zhǔn)確度和精度。
[0030]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡單的介紹:
[0032]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)圖；[0033]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的過量程保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的加速度計(jì)的系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0036]飛行器在起飛階段的加速度較大，在飛行階段的加速度較小。而現(xiàn)有的加速度計(jì)無法準(zhǔn)確測量這兩種不同取值范圍的加速度，所以本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有加速度計(jì)的這種缺陷，提供了一種新的微機(jī)械加速度計(jì)。
[0037]圖1示出了本實(shí)施例所提供的微機(jī)械加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)圖。
[0038]如圖1所示，本實(shí)施例中，加速度計(jì)包括基片101、第一敏感體、第二敏感體、連接件。其中，第一敏感體通過第一連接件與基片101相連，第二敏感體通過第二連接件與基片101相連。本實(shí)施例中，基片101采用玻璃材料，但本發(fā)明不限于此。
[0039]從圖1中可以看出，為了進(jìn)一步減小加速度的體積和成本，本實(shí)施例中，敏感體采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，第二敏感體嵌套在第一敏感體中。相較于現(xiàn)有的加速度計(jì)，本實(shí)施例提供的這種結(jié)構(gòu)使得加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)布局更為緊湊，有助于減小加速度計(jì)的體積和成本。
[0040]第一敏感體的連接件的剛性小于第二敏感體的連接件的剛性，使得第一敏感體測量小于預(yù)設(shè)加速度閾值的加速度，第二敏感體測量大于或等于預(yù)設(shè)加速度閾值的加速度。這樣，通過利用不同量程的敏感體來測量不同范圍內(nèi)的加速度，以此來提高加速度計(jì)的準(zhǔn)確度。
[0041]如圖1所示，本實(shí)施例中，第一連接件包括四組第一折疊梁102，各組第一折疊梁102通過相應(yīng)的錨區(qū)103固定在基片101上；第二連接件包括四組第二折疊梁104，各組第二折疊梁104通過相應(yīng)的錨區(qū)105固定在基片101上。通過這種多組折疊梁并聯(lián)支撐相應(yīng)敏感體的方式，有利于提高微結(jié)構(gòu)面外的動(dòng)態(tài)模態(tài)，從而提高加速度計(jì)在z方向上的抗沖擊能力。
[0042]同時(shí)，第一折疊梁102的剛性小于第二折疊梁104的剛性。通過設(shè)置合理的剛性，使得第一敏感體測量小于預(yù)設(shè)加速度閾值的加速度，且保證較好的分辨率和低量程加速度測量的精度；第二敏感體測量大于或等于預(yù)設(shè)加速度閾值的加速度，且保證高量程加速度測量時(shí)的非線性。
[0043]需要說明的是，本實(shí)施例中加速度計(jì)包含的兩層嵌套結(jié)構(gòu)僅僅是為了更加清楚地闡述本發(fā)明提供的加速度計(jì)的原理、結(jié)構(gòu)以及優(yōu)點(diǎn)，兩層嵌套結(jié)構(gòu)并不作為對(duì)本加速度計(jì)的限定，在根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例中，加速度計(jì)還可以包括多個(gè)敏感體，而此時(shí)的嵌套結(jié)構(gòu)則可以為多層嵌套。同時(shí)，本實(shí)施例中各個(gè)連接件所包含的折疊梁的數(shù)量也不作為對(duì)本發(fā)明的限定，在根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例中，，根據(jù)實(shí)際需要，各個(gè)連接件所包含的折疊梁的數(shù)量還可以為其他合理值。
[0044]如圖1所示，本實(shí)施例中，第一敏感體包括第一質(zhì)量塊106和第二配合體107。其中，第一質(zhì)量塊106通過第一折疊梁102與基片101連接。第二配合體107設(shè)置在第一質(zhì)量塊106上，其與設(shè)置在基片101上的第一配合體108配合工作。
[0045]本實(shí)施例中，第一配合體108包括第一定齒109，其中，第一定齒109通過錨點(diǎn)110與基片101連接，第二配合體107即為第一動(dòng)齒107。第一動(dòng)齒107與第一定齒109構(gòu)成第
一齒組。
[0046]本實(shí)施例中，第一動(dòng)齒107和第一定齒109的交錯(cuò)配合采用距離不等的配置方式，即定齒偏置方式。為了提高加速度計(jì)的分辨率和精度，梳齒式加速度計(jì)采用體硅工藝加工。但是對(duì)于定齒均勻配置結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)鍵合面小，鍵合強(qiáng)度較弱。而本實(shí)施例所采用的定齒偏置配置結(jié)構(gòu)，其鍵合強(qiáng)度大、鍵合面積大、加工難度低，鍵合接觸電阻小、均勻且成品率高，有助于提高加速度計(jì)的分辨率和精度。
[0047]沿某一方向(例如沿X軸正向)的外界加速度輸入時(shí)，第一折疊梁102均會(huì)沿與該加速度方向相反的方向發(fā)生形變，使得第一動(dòng)齒107與第一定齒109之間的距離相應(yīng)地增大，導(dǎo)致第一動(dòng)齒106與第一定齒104之間的電容相應(yīng)的減小，從而根據(jù)電容變化得到加速度。
[0048]本實(shí)施例中，第一敏感體還包括第二齒組。如圖1所示，第二齒組111包括設(shè)置在質(zhì)量塊101上的第二動(dòng)齒112和設(shè)置在基片101上、與第二動(dòng)齒112交錯(cuò)配合的第二定齒113。其中，第二動(dòng)齒112和第二定齒113也采用偏置配置結(jié)構(gòu)。
[0049]當(dāng)?shù)谝粍?dòng)齒109與第一定齒107之間的距離增大時(shí)，第二動(dòng)齒112與第二定齒113之間的距離相應(yīng)地減?。划?dāng)?shù)谝粍?dòng)齒109與第一定齒107之間的距離減小時(shí)，第二動(dòng)齒112與第二定齒113之間的距離相應(yīng)地增大。所以通過第一齒組和第二齒組的差值能夠有效減小溫度漂移等共模誤差，從而提高加速度計(jì)測量的準(zhǔn)確度。
[0050]如圖1所示，本實(shí)施例中，第一敏感體包括兩個(gè)成對(duì)出現(xiàn)的第一齒組和第二齒組。第一齒組和第二齒組成對(duì)出現(xiàn)能夠減小共模誤差，而設(shè)置多個(gè)齒組能夠有效增加加速度計(jì)的電容值，從而提高加速度計(jì)的分辨率和準(zhǔn)確度。
[0051]需要說明的是，在根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例中，根據(jù)不同的分辨率需求和體積、成本要求，各個(gè)敏感體所包含的的第一齒組和第二齒組的數(shù)量還可以為其他合理值，例如一個(gè)或多個(gè)，本發(fā)明不限于此。
[0052]本實(shí)施例中，為了防止加速度過大而造成連接件變形過大和第一動(dòng)齒與第一定齒之間發(fā)生接觸導(dǎo)致輸出飽和，影響加速度計(jì)的可靠性和性能，本實(shí)施例所提供的加速度計(jì)中的各個(gè)敏感體均包括過量程保護(hù)裝置。
[0053]圖2示出了第一敏感體所包含的第一過量程保護(hù)裝置114的結(jié)構(gòu)圖。
[0054]如圖2所示，第一過量程保護(hù)裝置114包括設(shè)置在第一質(zhì)量塊106上的止檔動(dòng)齒201和設(shè)置在基片101上、與止檔動(dòng)齒201交錯(cuò)配合的止檔定齒202。本實(shí)施例中，止檔動(dòng)齒201和止檔定齒202采用定齒均勻配置結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明不限于此。其中，為了保證第一過量程保護(hù)裝置114能夠正常工作，止檔動(dòng)齒201與止檔定齒202之間的間距δ i小于第一動(dòng)齒107與第一定齒109之間的間距Cl1。
[0055]當(dāng)加速度計(jì)較具有的加速度大于或等于第一敏感體的量程時(shí)，第一敏感體中的止檔定齒202與止檔動(dòng)齒201接觸，阻擋止檔動(dòng)齒201的運(yùn)動(dòng)，從而阻擋第一質(zhì)量塊106的運(yùn)動(dòng)。這樣也就能夠避免第一動(dòng)齒107和第一定齒109之間發(fā)生接觸導(dǎo)致輸出飽和，實(shí)現(xiàn)了對(duì)第一敏感體的過量程保護(hù)。[0056]此外，為了進(jìn)一步減小加速度過大時(shí)止檔動(dòng)齒201與止檔定齒202之間的碰撞作用力，本實(shí)施例中，止檔動(dòng)齒201和止檔定齒202均采用柔性齒。當(dāng)加速度大于或等于第一敏感體的量程時(shí)，止檔動(dòng)齒201和止檔定齒202因接觸而發(fā)生柔性變形，從而增大止檔動(dòng)齒201與止檔定齒202的接觸時(shí)間，減小二者之間的碰撞力作用，有利于緩沖輸入的沖擊能量，提高加速度計(jì)的抗高過載能力。
[0057]再次如圖1所示，本實(shí)施例中，第二敏感體的結(jié)構(gòu)與第一敏感體的結(jié)構(gòu)相似。但因?yàn)楸緦?shí)施例所提供的加速度計(jì)為兩層嵌套結(jié)構(gòu)，所以為了進(jìn)一步優(yōu)化加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中，第一配合體108設(shè)置在第一質(zhì)量塊106的外側(cè)。第一配合體108中的第一定齒109向第一質(zhì)量塊106延伸，并與第一質(zhì)量塊106上設(shè)置的、向第一配合體108延伸的第一動(dòng)齒107交錯(cuò)配合。而第三配合體115設(shè)置在第二敏感體內(nèi)側(cè)。第三配合體115中的第三定齒116向第二質(zhì)量塊118延伸，并與第二質(zhì)量塊118上設(shè)置的、向第三配合體115延伸的第三動(dòng)齒117交錯(cuò)配合。
[0058]第二敏感體進(jìn)行過量程保護(hù)的第二過量程保護(hù)裝置119與第一過量程保護(hù)裝置114的結(jié)構(gòu)相同，但其止檔定齒與止檔動(dòng)齒之間的間距δ2根據(jù)第二敏感體的實(shí)際要求而確定。本實(shí)施例中，為了能夠起到過量程保護(hù)作用，間距S2需要小于第三定齒116與第三動(dòng)齒117之間的間距d2。
[0059]同時(shí)，為了保證第一敏感體與第二敏感體不會(huì)發(fā)生碰撞，本實(shí)施例中，將第一質(zhì)量塊106與第二質(zhì)量塊118之間的間距Sci設(shè)定同時(shí)大于間距S1和間距δ2。這樣，在運(yùn)行的過程中，第一質(zhì)量塊106與第二質(zhì)量塊118之間便不會(huì)發(fā)生接觸或碰撞，從而提高了加速度計(jì)的可靠性。
[0060]本實(shí)施例中，第一敏感體采用閉環(huán)控制方式，第二敏感體采用開環(huán)控制方式。圖3示出了本實(shí)施例中的加速度計(jì)的系統(tǒng)框圖。
[0061]如圖3所示，本實(shí)施例中，第一敏感體用于測量小于預(yù)設(shè)閾值的加速度，電容檢測電路301檢測第一敏感體中的差動(dòng)電容Cll和C12的變化，控制器302依據(jù)檢測電路的輸出產(chǎn)生相應(yīng)的反饋電壓。加在靜電力矩器303上的反饋電壓產(chǎn)生與第一敏感體所受到的慣性力相平衡的靜電反饋力，從而將第一質(zhì)量塊控制在平衡位置附近，構(gòu)成靜電力閉環(huán)工作狀態(tài)。
[0062]第二敏感體用于測量大于預(yù)設(shè)閾值的加速度，當(dāng)加速度計(jì)所具有的加速度大于預(yù)設(shè)閾值，即超過第一敏感體的量程時(shí)，控制器302輸出飽和，加速度計(jì)切換到高量程工作模式，即采用第二敏感體進(jìn)行加速度的測量。此時(shí)，如圖3所示，與第二敏感單元連接的電容檢測電路304分別檢測第二敏感體中的差動(dòng)電容C21和C22的變化，從而表征此時(shí)加速度計(jì)所具有的加速度。
[0063]本實(shí)施例中，第一敏感體采用的閉環(huán)控制方式能夠保證低量程加速度的測量精度，提高加速度計(jì)的分辨率和準(zhǔn)確度。第二敏感體采用開環(huán)控制方式能夠通過支撐梁的剛度來保證測量高量程的加速度時(shí)加速度計(jì)的非線性，從而提高加速度計(jì)的準(zhǔn)確度和精度。
[0064]需要說明的是，在根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例中，第二敏感體還可以采用其他合理的控制方式，例如閉環(huán)控制方式，其原理與第一敏感體的閉環(huán)控制方式相同，但本發(fā)明不限于此。同時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以將第一敏感體嵌套在第二敏感體內(nèi)，本發(fā)明不限于此。[0065]本實(shí)施例所提供的加速度計(jì)采用硅-玻璃微機(jī)械加工工藝。質(zhì)量塊、折疊梁、第一齒組、第二齒組以及過量程保護(hù)裝置均采用硅材料制造，錨區(qū)通過陽極鍵合工藝鍵合在玻璃基片上，玻璃基片上通過濺射金屬形成電極引線和焊盤。需要說明的是，在根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例中，本發(fā)明所提出的加速度計(jì)還可以采用其他合理工藝制造，本發(fā)明不限于此。
[0066]本實(shí)施例中，對(duì)于第一敏感體，第一質(zhì)量塊的結(jié)構(gòu)層厚度為70 μ m，折疊梁長390μηι,寬5μηι。梳齒間距(I1為5 μ m,第一過量程保護(hù)裝置中的止檔間距第一質(zhì)量塊與第二質(zhì)量塊之間的間距δ ο為7 μ m,第一質(zhì)量塊的質(zhì)量為3.60e_7kg。第一敏感體的單側(cè)基礎(chǔ)電容量為3.95pF。根據(jù)上述參數(shù)，得到的第一敏感體的量程為±15g，分辨率為0.2mg。
[0067]對(duì)于第二敏感體，其折疊梁長195 μ m，寬5.5 μ m。梳齒間距d2為5 μ m，第二過量程保護(hù)裝置中的止檔間距δ2*4μπι。第二敏感體的單側(cè)基礎(chǔ)電容量為2.17pF，第二質(zhì)量塊的質(zhì)量為3.05e-7kg。根據(jù)以上參數(shù)，得到的第二敏感體的量程為±400g，分辨率為5mg。
[0068]此時(shí),加速度計(jì)的總體平面尺寸為2.9mmX3.3mm。
[0069]從上述描述可以看出，本發(fā)明提供的加速度計(jì)集成了多個(gè)不同量程的敏感單元，這樣對(duì)于不同范圍內(nèi)的加速度便可以采用相應(yīng)的敏感單元進(jìn)行測量。這種測量方式能夠有效提高測量的準(zhǔn)確性和精確度。同時(shí)多個(gè)敏感單元采用逐層嵌套的結(jié)構(gòu)，相較于現(xiàn)有的加速度計(jì)，本發(fā)明提供的加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)更加緊湊、體積更小。
[0070]同時(shí)，本發(fā)明提供的加速度計(jì)中的止檔定齒和/或止檔動(dòng)齒采用柔性齒。這樣能夠緩沖沖擊輸入的能量，提高加速度計(jì)敏感方向到的抗過載能力。同時(shí)敏感單元由多組折疊梁并聯(lián)支撐，這種結(jié)構(gòu)有利于提高微結(jié)構(gòu)面外的平動(dòng)模態(tài)，改善加速度計(jì)非敏感方向的抗沖擊能力。
[0071]此外，本發(fā)明提供的加速度計(jì)中的第一敏感體采用的閉環(huán)控制方式，這樣能夠保證低量程加速度的測量精度；第二敏感體采用開環(huán)控制方式，這樣能夠通過支撐梁的剛度來保證測量高量程的加速度時(shí)加速度計(jì)的非線性。所以相較于現(xiàn)有的加速度計(jì)，本發(fā)明所采用的控制方式能夠有效提高加速度計(jì)的準(zhǔn)確度和精度。
[0072]雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種微機(jī)械加速度計(jì)，其包括: 基片，在所述基片上固定設(shè)置有第一配合體； 連接件； 多個(gè)敏感體，所述多個(gè)敏感體各自通過相應(yīng)的連接件與所述基片相連； 其中，多個(gè)連接件的剛度彼此不相同，使得各個(gè)敏感體能測量不同范圍內(nèi)的加速度。
2.如權(quán)利要求1所述的加速度計(jì)，其特征在于，所述敏感體包括: 通過連接件與所述基片相連的質(zhì)量塊； 設(shè)置在所述質(zhì)量塊上的、與所述第一配合體配合工作的第二配合體。
3.如權(quán)利要求2所述的加速度計(jì)，其特征在于，所述第一配合體包括第一定齒，所述第二配合體包括與所述第一定齒交錯(cuò)配合的第一動(dòng)齒，所述第一定齒與所述第一動(dòng)齒構(gòu)成第一齒組， 當(dāng)外界加速度輸入時(shí)，所述連接件沿與加速度方向相反的方向發(fā)生形變，使得所述第一動(dòng)齒與第一定齒之間的距離相應(yīng)地增大或減小，導(dǎo)致所述第一動(dòng)齒與第一定齒之間的電容相應(yīng)的減小或增大，從而根據(jù)電容變化反映加速度情況。
4.如權(quán)利要求3所述的加速度計(jì)，其特征在于，所述加速度計(jì)還包括第二齒組，所述第二齒組包括:設(shè)置在所述質(zhì)量塊上的第二動(dòng)齒，設(shè)置在所述基片上、與所述第二動(dòng)齒交錯(cuò)配合的第二定齒； 其中，當(dāng)所述第一動(dòng)齒與第一定齒之間的距離增大或減小時(shí)，所述第二動(dòng)齒與第二定齒之間的距離相應(yīng)地減小或增大。
5.如權(quán)利要求4所述的加速度計(jì)，其特征在于，所述質(zhì)量塊與基片之間設(shè)置有多個(gè)成對(duì)出現(xiàn)的第一齒組和第二齒組。
6.如權(quán)利要求2~5中任一項(xiàng)所述的加速度計(jì)，其特征在于，所述敏感體還包括過量程保護(hù)裝置，所述過量程保護(hù)裝置包括: 設(shè)置在所述質(zhì)量塊上的止檔動(dòng)齒和設(shè)置在所述基片上、與所述止檔動(dòng)齒交錯(cuò)配合的止檔定齒， 當(dāng)加速度計(jì)具有的加速度大于或等于敏感體的量程時(shí)，該敏感體中的止檔定齒與止檔動(dòng)齒接觸，阻擋止檔動(dòng)齒的運(yùn)動(dòng)，從而阻擋該質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)該敏感體的過量程保護(hù)。
7.如權(quán)利要求6所述的加速度計(jì)，其特征在于，所述止檔動(dòng)齒和/或止檔定齒為柔性齒。
8.如權(quán)利要求1~7中任一項(xiàng)所述的加速度計(jì)，其特征在于，所述敏感體采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)敏感體之間逐層嵌套。
9.如權(quán)利要求1~8中任一項(xiàng)所述的加速度計(jì)，其特征在于，所述多個(gè)敏感體包括第一敏感體和嵌套在所述第一敏感體內(nèi)的第二敏感體，其中， 所述第一敏感體的連接件的剛性小于所述第二敏感體連接件的剛性，使得所述第一敏感體測量小于預(yù)設(shè)加速度閾值的加速度，所述第二敏感體測量大于或等于預(yù)設(shè)加速度閾值的加速度。
10.如權(quán)利要求9所述的加速度計(jì)，其特征在于，所述第一敏感體采用閉環(huán)控制方式，所述第二敏感體采用開環(huán)或閉環(huán)控制方式。
【文檔編號(hào)】G01P15/125GK103901229SQ201410158242
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】陶永康, 劉云峰, 董景新 申請(qǐng)人:清華大學(xué)