[发明专利]硅微谐振式加速度计的干扰模态抑制装置与方法

权利要求书

1.一种硅微谐振式加速度计的干扰模态抑制装置，其特征在于，由上层单晶硅、中间层单晶硅和下层单晶硅构成，上层单晶硅为布置有信号输入/出的引线、吸气剂以及固定基座的硅微谐振式加速度计封装盖板，中间层单晶硅片上制作的为硅微谐振式加速度计机械结构，下层单晶硅为布置有固定基座的加速度计衬底，中间层单晶硅密封在由上层单晶硅和下层单晶硅形成的密闭空腔中；

所述加速度计衬底包括质量块、两个谐振器、四个微杠杆放大机构、多个支撑梁和多个分立的固定基座、分别对应于两个谐振器的第一应力释放机构、第二应力释放机构；

所述的两个谐振器沿着x轴对称布置在质量块中间，四个微杠杆放大机构位于两个谐振器之间，并两两关于x、y轴对称布置，以使四个微杠杆放大机构的放大倍数和刚度一致，以及两个谐振器的灵敏度一致；两个谐振器内侧的一端分别与两个微杠杆放大机构的输出端相连，与同一个谐振器相连的两个微杠杆放大机构的支点端连接到同一个应力释放机构，第一应力释放机构与一个固定基座相连，第二应力释放机构与另外一个固定基座相连，谐振器的另一端设有第三应力释放机构；微杠杆放大机构的输入端与质量块相连，用于消除与谐振器一起沿x轴向的振动模态；质量块通过多根支撑梁与多个固定基座相连，加速度计衬底的所有固定基座均与上层单晶硅和下层单晶硅的固定基座相连，使中间层单晶硅的机械结构悬空在上层单晶硅与下层单晶硅之间。

2.根据权利要求1所述的硅微谐振式加速度计的干扰模态抑制装置，其特征在于，所述谐振器包括两个谐振梁、连接块、固定基座、固定驱动电极、固定检测电极、活动梳齿；

所述的两个谐振梁并列布置，且中间相连，一端均通过第三应力释放机构与固定基座相连，另一端均与连接块相连；连接块连接到两个微杠杆放大机构的输出端；两个谐振梁的外侧均设有两个固定检测电极，且两个固定检测电极之间设有固定驱动电极；两个谐振梁两侧均设有活动梳齿；所述活动梳齿与驱动电极上的固定梳齿对插形成驱动电容，与固定检测电极上的固定梳齿对形成检测电容；所述谐振器的固定基座、固定驱动电极和固定检测电极分别与上层单晶硅和下层单晶硅对应的固定基座相连。

3.根据权利要求2所述的硅微谐振式加速度计的干扰模态抑制装置，其特征在于，所述第三应力释放机构由外框、四个隔离梁组成；所述四个隔离梁的一端均与谐振器的固定基座相连，且中心对称布置在谐振器的固定基座四周，四个隔离梁的另一端与框架相连，四个隔离梁和谐振器的固定基座布置在框架内。

4.根据权利要求2所述的硅微谐振式加速度计的干扰模态抑制装置，其特征在于，所述微杠杆放大机构由力臂、输入端、输出梁和支点梁组成；

所述输入端与质量块相连，输出梁与对应位置的谐振器的连接块相连；所述输入端采用一根与力臂相互垂直的第一折叠梁和一根与第一折叠梁垂直的第二折叠梁；输入端的第一折叠梁与输出梁布置在力臂长度方向的同一侧，且均与力臂垂直，支点梁布置在力臂长度方向的另一侧，且与力臂垂直。

5.根据权利要求4所述的硅微谐振式加速度计的干扰模态抑制装置，其特征在于，所述第一折叠梁和第二折叠梁均为U型梁或多折梁。

6.根据权利要求1所述的硅微谐振式加速度计的干扰模态抑制装置，其特征在于，所述第一应力释放机构由微杠杆连接块、连接块和梳齿组成；所述连接块的一端与微杠杆连接块相连，杠杆连接块分别与两个微杠杆放大机构的支点端相连，连接块的另一端上布置了梳齿，梳齿与中间层单晶硅的固定基座相连。

7.根据权利要求1-6任一项所述的硅微谐振式加速度计的干扰模态抑制装置的硅微谐振式加速度计干扰模态抑制方法，其特征在于，通过调节所述支撑梁和与之相连固定基座个数和位置，并调节支撑梁与微杠杆放大机构的刚度比，消除质量块运动的干扰模态，并提高干扰模态与工作模态的频率差，同时提高硅微谐振式加速度计系统放大倍数；微杠杆输入端采用两根相互垂直的折叠梁，调节微杠杆放大机构折叠梁的轴向刚度与弯曲刚度比，消除微杠杆与谐振器一起沿x轴向的振动模态，并使得微杠杆放大机构的放大倍数接近理想放大倍数。