[发明专利]基于电磁激励检测方式的谐振式微机械加速度传感器

权利要求书

1.一种基于电磁激励检测方式的谐振式微机械加速度传感器，其特征在于：包括质量块(1)、两个H型谐振器(4a、4b)、两个支撑梁(3a、3b)；两个H型谐振器(4a、4b)沿45°方向对称设置在质量块(1)两侧，两个H型谐振器(4a、4b)的一端分别与质量块(1)边缘固接，另一端分别与边框(2)边缘固接；其中一H型谐振器两侧各设有一支撑梁，两个支撑梁(3a、3b)的一端分别与质量块(1)边缘固接，另一端分别与边框(2)边缘固接，两个支撑梁(3a、3b)和质量块(1)共同组成悬臂结构，支撑梁(3a、3b)对质量块(1)起支撑作用；

质量块(1)、两个H型谐振器(4a、4b)、两个支撑梁(3a、3b)位于同一平面上；

谐振器的谐振频率由结构参数及Z向加速度惯性力导致的谐振器上轴向应力决定。

2.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于：两个H型谐振器(4a、4b)的长度、宽度和厚度完全相同，两个支撑梁(3a、3b)的长度、宽度和厚度完全相同；其中，三者的厚度比为：H型谐振器(4a、4b)：支撑梁(3a、3b)：质量块(1)等于1∶3∶30。

3.根据权利要求2所述的加速度传感器，其特征在于：当有Z轴方向加速度惯性力作用在质量块(1)上时，由于支撑梁(3a、3b)的厚度大于谐振器(4a、4b)的厚度，起到抑制谐振器(4a、4b)应变的作用，而使得两支撑梁(3a、3b)夹持的一谐振器(4a)受到Z向轴向压应力，而另一谐振器(4b)由于支撑梁对其作用不明显而受到Z向轴向拉应力；两谐振器(4a、4b)所受到的应力方向相反，使得在加速度作用下频率变化方向相反，从而实现差分检测；同时，由质量块(1)和支撑梁(3a、3b)组成的悬臂结构，使质量块和谐振器的惯性力-轴向应力转换效率提高，使得器件灵敏度大幅提高。

4.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于：所述两个H型谐振器(4a、4b)，包括两根长度、宽度和厚度完全一致的双端固支矩形梁，两根矩形梁的中心部位由厚度与矩形梁一样的矩形块连接，以确保两根矩形梁在谐振频率时能够同相同频振动；两个H型谐振器(4a、4b)上设有电极，在纵向两条状矩形梁的上表面分别覆有激振电极(6a、6b)或检测电极(5a、5b)，以用来激振谐振器和拾取振动信号，并可以降低信号之间的干扰，提高信噪比；激振电极(6a、6b)或检测电极(5a、5b)外端固接于边框(2)表面，分别与外界引线连接。

5.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于：所述传感器芯片衬底所用材料为SOI片，采用无掩模刻蚀方法，通过深刻蚀工艺实现复杂结构的不等厚度加工，并完成质量块(1)、边框(2)、两个支撑梁(3a、3b)、两个H型谐振器(4a、4b)在同一衬底材料上的直接加工。