[发明专利]一种低温度敏感性谐振式加速度计结构

说明书

本发明公开了一种低温度敏感性谐振式加速度计结构，包括硅结构层，硅结构层包括敏感质量块、一级杠杆放大机构、方向限定机构、两个双端固定音叉谐振器，两个双端固定音叉谐振器紧邻布置，每个双端固定音叉谐振器的一端均通过一个方向限定机构与一个一级杠杆放大机构，另一端通过一个方向限定机构与一个谐振器锚点连接，敏感质量块通过支撑折叠梁与固定框架，在每个两个固定框架之间设置有整体结构锚点。连接两个双端固定音叉谐振器的一级杠杆放大机构为两类不同形式且对称布置，形成加速度计的差分输出。本发明能够消除加速度信号的交叉敏感性，降低甚至消除工作温度变化引起的加速度计频率漂移，提升加速度计的温度性能。

技术领域

本发明涉及微机械电子系统(MEMS)和微惯性器件领域，尤其涉及一种低温度敏感性谐振式加速度计结构。

背景技术

硅微谐振式加速度计是一种典型的MEMS（Micro Electromechanical system，微机电系统）惯性传感器，其加工工艺与微电子加工技术兼容，可实现批量生产，具有体积小、重量轻、成本低、能耗低、可靠性高、易于智能化和数字化，可满足恶劣环境应用等特点，是当今加速度计发展的热点方向之一，有着重要的军用价值和广泛的民用前景。

目前，现有的硅微谐振式加速度计一般由谐振器和质量块和玻璃基底组成，两个谐振器尺寸完全相同，且相邻上下对称布置。由于两谐振器不在相邻位置，导致工作环境变化时，对两谐振器所产生的热应力大小不同，导致两谐振器谐振频率的漂移量不一致，导致无法通过差分法很好地降低甚至消除温度漂移带来的频率变化影响。引起输出谐振频率的漂移，使谐振器有很高的温度敏感性。因此，抑制谐振器温度敏感性才能实现较高的偏置稳定性。如现有技术中申请公布号为CN111812355A公开了一种低应力敏感度硅微谐振式加速度计，具体公开了双端固定音叉谐振器、微杠杆放大机构、质量块，其结构简单，温度稳定性好，但是其两谐振器不在相邻位置，因所处位置的温度不同而导致两谐振器所产生的热应力大小不同，使得两谐振器谐振频率的漂移量不一致，无法消除温度漂移带来的加速度计频率变化影响。

此外，加速度计谐振器的工作敏感对象为轴向作用力，非轴向力容易引起谐振器的漂移，带来交叉敏感的问题。现有加速度计结构中，尚未有明确的方向限定结构来保证谐振器的单向敏感性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种低温度敏感性谐振式加速度计结构，能够提升加速度计的温度性能，同时能够消除加速度信号的交叉敏感性。

为了达到上述问题，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明是一种低温度敏感性谐振式加速度计结构，包括硅结构层，硅结构层包括敏感质量块、四个方向限定机构、两个双端固定音叉谐振器、两个谐振器锚点、四个支撑折叠梁、四个固定框架和两个整体结构锚点，两个双端固定音叉谐振器位于整体结构中心位置，且关于水平方向中心线对称分布，每个双端固定音叉谐振器的一端均通过一个方向限定机构与第一类一级杠杆放大机构或第二类一级杠杆放大机构相连，另一端通过一个方向限定机构与一个谐振器锚点连接，敏感质量块通过支撑折叠梁与固定框架，在每个两个固定框架之间设置有整体结构锚点。

本发明的进一步改进在于：第一类一级杠杆放大机构和第二类一级杠杆放大机构关于水平方向中心线对称布置。

本发明的进一步改进在于：第一类一级杠杆放大机构的支点梁位于输入梁与输出梁之间。

本发明的进一步改进在于：第二类一级杠杆放大机构的输出梁位于输入梁与支点梁中间。

本发明的进一步改进在于：方向限定机构包括连接块、两个折叠梁机构和两个锚点，每个锚点均通过一个折叠梁机构与连接块连接，且两个折叠梁机构、两个锚点关于连接块对称分布。