[发明专利]基于静电吸附效应的微加速度计

说明书

一种基于静电吸附效应的微加速度计。它包括：下基底、上基底，所述下、上基底之间设有活动板、支撑梁及其锚点、支撑柱、固定驱动电极、活动驱动电极、固定开关电极、活动开关电极，所述固定驱动电极、固定开关电极位于所述下、上基底的内表面，所述活动驱动电极、活动开关电极位于所述活动板的下、上表面。本发明通过测量开关电极的闭合时间而实现对加速度的测量。本发明以由刚性圆板及其支撑梁构成的组合结构作为活动结构，动、定开关电极间具有较低接触电阻，动、定驱动电极具有较大静电吸附力，并因而防止活动开关电极接触固定开关电极后的反弹以及实现对高加速度的测量。本发明中的支撑梁为非直梁，能有效消除热应力对加速度测量的影响。

技术领域

本发明涉及微机电系统领域，特别涉及一种基于静电吸附效应的微加速度计。

背景技术

加速度计广泛应用于工业、军事、航空、日常生活等众多领域。按工作原理，微加速度计可分为电容式、压阻式、压电式、振动式、开关式等。其中，振动式根据加速度改变静电驱动梁振动频率的原理实现对加速度的测量，而开关式以加速度力驱动开关并使其在加速度达到一定阈值后实现闭合。这两种微加速度计分别输出频率信号和开关信号并因而具有抗干扰性能强的优点。但是，振动式需要通过测量多个振动周期方能实现加速度的测量并因而影响其响应速度，而开关式只能测量加速度是否达到阈值。在开关式结构中引入振动式所用的静电驱动方式，并同样利用加速度改变静电驱动微结构运动特征参数的原理，一种通过测量静电驱动开关因加速度所导致的闭合时间变化而实现加速度测量的微加速度计已于近年在一些文献中被提出。这类微加速度计因同样能实现数字信号的输出而同样具有较强的抗干扰性能。经检索国内外文献发现，现有这类加速度计中的活动结构采用悬臂梁结构、两端固支梁结构、悬臂梁-质量块组合结构或梳齿结构。

对于采用悬臂梁结构、两端固支梁结构或悬臂梁-质量块组合结构的上述类型微加速度计而言，由于活动电极位于梁上或连接于梁的自由端，梁的变形导致活动电极发生变形或倾斜，则活动电极与固定电极的初始闭合为点接触或线接触，且接触反力随着接触变形的增大而迅速增大的特点使得最终接触面积仍然很小，故接触电阻大，接触可靠性差。另外，若将这种类型微加速度计用于测量高加速度，动、定电极闭合时的强冲击力极易导致活动电极反弹，而且由于活动电极的变形或倾斜，活动电极与固定电极之间的间隙不均匀，活动电极所受到的静电力大小有限并因而可能远小于由高加速度引起的大加速度力，从而使得这类加速度计退化为一般的开关式微加速度计。对于采用两端固支梁结构的上述类型微加速度计而言还存在另一缺点，即温度变化所导致的热应力对梁的变形影响很大并因而严重影响测量精度。

对于采用梳齿结构的上述类型微加速度计而言，因活动电极位于梳齿上，要求所有梳齿同步闭合而不互相干涉，则对加工精度的要求非常高，且当梳齿刚度较小时，同样具有以上悬臂梁结构加速度计的缺点。

发明内容

为了解决背景技术中现有的基于静电吸附效应微加速度计所存在的电极接触面积小、活动电极易反弹、静电力小等问题，本发明以刚性圆板和支撑梁构成活动结构，从而提高这类微加速度计的可靠性并使其适用于高加速度测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于静电吸附效应的微加速度计，包括：下基底、上基底，所述下基底和所述上基底之间设有活动板、支撑梁及其锚点、支撑柱，所述微加速度计还包括下固定驱动电极和上固定驱动电极、下活动驱动电极和上活动驱动电极，所述下、上固定驱动电极位于所述下基底和所述上基底的内表面上，下基底和上基底的内表面中心设有凸台，在所述凸台上分别设有下固定开关电极和上固定开关电极，所述下、上活动驱动电极及下、上活动开关电极位于所述活动板的下、上表面。

所述下、上固定开关电极分别位于下、上基底的中心位置，所述下、上活动开关电极对应位于所述活动板的下、上表面的中心位置。

所述下、上固定开关电极和所述下、上活动开关电极为圆形，所述下、上固定驱动电极和所述下、上活动驱动电极为不闭合的圆环形。