[发明专利]一种三轴MEMS重力仪

权利要求书

1.一种三轴MEMS重力仪，其特征在于，包括：敏感探头、位移传感结构，位移检测电路，腔体和水平调节基座；

所述敏感探头包括：两个第一振子单元、一个第二振子单元和支撑结构，两个第一振子单元和一个第二振子单元固联在所述支撑结构表面，且所述第一振子单元的敏感轴与所述第二振子单元的敏感轴相互正交；所述第一振子单元包括：正摆结构、倒摆结构、第一检验质量和第一外框，所述第一检验质量通过所述正摆结构和所述倒摆结构与所述第一外框相连，所述第一外框与腔体固联；所述第二振子单元包括：负刚度弹簧、正刚度弹簧、第二检验质量和第二外框，所述第二检验质量通过所述正刚度弹簧和所述负刚度弹簧与所述第二外框相连，所述第二外框与腔体固联；

所述位移传感结构设置在所述第一检验质量和所述第二检验质量的表面；

所述位移检测电路用于检测所述位移传感结构的位移信号；

所述水平调节基座设置在所述腔体底部，用于调节腔体的水平。

2.如权利要求1所述的MEMS重力仪，其特征在于，工作中，当处在重力环境中，三个振子单元的检验质量受到的敏感轴方向的重力分量作用，弹簧形变产生的弹力与之达成平衡，检验质量处于某一个平衡位置；当重力仪所处环境的重力加速度发生变化时，弹簧形变会随之变化使弹簧产生的弹力与重力分量平衡，使检验质量发生位移达到一个新的平衡位置；位移传感结构将检验质量的这一位移转化为某种可以检测的物理量，位移检测电路通过检测这一物理量得到检验质量的位移进而检测到重力加速度的变化。

3.如权利要求1或2所述的MEMS重力仪，其特征在于，所述第一振子单元为折叠摆形式，所述第一振子单元中的所述正摆结构与所述倒摆结构的运动趋势相反，二者运动趋势的相互抵消使得振子单元的本征频率降低。

4.如权利要求3所述的MEMS重力仪，其特征在于，所述第一振子单元在1g重力作用下本征频率小于5Hz。

5.如权利要求1-4任一项所述的MEMS重力仪，其特征在于，所述第二振子单元在1g重力作用下通过正、负刚度弹簧的刚度匹配降低了等效刚度使得本征频率小于5Hz。

6.如权利要求1-5任一项所述的MEMS重力仪，其特征在于，所述支撑结构采用热膨胀系数小于2.5ppm/℃的材料。

7.如权利要求1-6任一项所述的MEMS重力仪，其特征在于，所述MEMS重力仪还包括：真空接口和真空模块，所述真空接口设置在所述腔体表面，用于连接所述腔体与设置在所述腔体外部的真空模块。

8.如权利要求1-7任一项所述的MEMS重力仪，其特征在于，所述MEMS重力仪还包括：温度控制模块，设置于所述腔体内部，用于维持所述腔体内部温度的稳定。

9.如权利要求1-8任一项所述的MEMS重力仪，其特征在于，所述MEMS重力仪还包括：信号接口，设置于所述腔体的表面，用于将所述位移传感结构的信号传导至所述位移检测电路。

10.一种包括权利要求1所述的MEMS重力仪的重力梯度仪，其特征在于，两个所述MEMS重力仪在空间上分开一定距离放置，用于测量重力仪所在位置的重力加速度，对所测得的重力加速度进行差分除以上述空间两点的距离后获得重力场的重力梯度。