CN104459200B - 三轴加速度计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种三轴加速度计，包括基板、检测质量块、支撑基座及至少一个第一梳齿状电容组，支撑基座固定在基板上，检测质量块通过一相对设置的弹片以非对称的方式悬置在支撑基座的表面，在基板上相对设置有至少两个电极，电极分别对应于检测质量块质量较大的一侧和质量较小的一侧，用于与检测质量块形成电容，第一梳齿状电容组设置在弹片所在直线与电极之间，当加速度计存在一平行于基板平面的第一方向的加速度时，第一梳齿状电容组的电容发生变化。本发明的优点在于，第一梳齿状电容组设置在弹片所在直线与电极之间，从而，使得电极到弹片所在直线的垂直距离增大，可以提高三轴加速度计在垂直基板平面方向灵敏度，从而提供高灵敏度的加速度计。
Description
技术领域
本发明涉及加速度计领域，尤其涉及一种高灵敏度的三轴加速度计。
背景技术
电容式三轴加速度计内部存在一个质量块，从单个单元来看，它是标准的平板电容器。加速度的变化带动活动质量块的移动从而改变平板电容两极的间距和正对面积，通过测量电容变化量来计算加速度。电容式三轴加速度计具有灵敏度高、功耗低、温度特性好、能工作在力平衡闭环模式下等优点，因而得到了广泛的研究和应用。但是目前的电容式三轴加速度计的灵敏度还不能满足需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种三轴加速度计，所述三轴加速度计能够具有较高灵敏度。
为了解决上述问题，本发明提供了一种三轴加速度计，包括基板、检测质量块、支撑基座及至少一个第一梳齿状电容组，所述支撑基座固定在所述基板上，所述检测质量块通过一相对设置的弹片以非对称的方式悬置在所述支撑基座的表面，在所述基板上相对设置有至少两个电极，所述电极分别对应于所述检测质量块质量较大的一侧和质量较小的一侧，用于与所述检测质量块形成电容，所述第一梳齿状电容组设置在所述弹片所在直线与所述电极之间，当所述加速度计存在一平行于基板平面的第一方向的加速度时，所述第一梳齿状电容组的电容发生变化。
进一步，所述三轴加速度计包括两个第一梳齿状电容组，所述两个第一梳齿状电容组以所述弹片所在直线为对称线对称设置。
进一步，所述第一梳齿状电容组包括固定设置在所述基板上的第一感测电容板，设置在所述检测质量块上与所述第一感测电容板相应位置的第二感测电容板，当所述加速度计存在一平行于基板平面的第一方向的加速度时，所述第一感测电容板与所述第二感测电容板之间的距离发生变化。
进一步，所述三轴加速度计包括至少一个第二梳齿状电容组，所述第二梳齿状电容组包括固定设置在所述基板上的第一感测电容板，设置在所述检测质量块上与所述第一感测电容板相应位置的第二感测电容板，当所述加速度计存在一平行于基板平面的第二方向的加速度时，所述第一感测电容板与所述第二感测电容板之间的正对面积发生变化，所述第二方向与所述第一方向垂直。
进一步，所述第二梳齿状电容组设置在所述加速度计的内侧边缘。
进一步，所述三轴加速度计包括两个第二梳齿状电容组，所述两个第二梳齿状电容组以所述弹片所在直线的垂线为对称线对称设置。
本发明的优点在于，所述第一梳齿状电容组设置在所述弹片所在直线与所述电极之间，从而，使得所述电极到所述弹片所在直线的垂直距离增大，可以提高三轴加速度计在垂直基板平面方向的灵敏度，从而提供一个高灵敏度的三轴加速度计。
附图说明
图1所示是本发明加速度计一个具体实施方式的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的三轴加速度计的具体实施方式做详细说明。
图1所示是本发明加速度计第一具体实施方式的俯视图。参见图1所示，所述加速度计100包括基板1、检测质量块2、支撑基座3及至少一个第一梳齿状电容组4。
所述支撑基座3固定在所述基板1上，在本具体实施方式中，所述支撑基座3采用一点固定的方式固定在基板1上，在本发明另一具体实施方式中，所述支撑基座3采用多点固定的方式固定在基板1上。
所述检测质量块2通过一相对设置的弹片21以非对称的方式悬置在所述支撑基座3的表面。所述弹片21可以利用悬臂式、螺旋形、支梁型等结构来实现。所述非对称的方式指的是，以弹片21所在直线为分界线，检测质量块2位于弹片21两侧的质量不相等，检测质量块2位于弹片21一侧的质量大于检测质量块2位于弹片21另一侧的质量。在此，定义所述检测质量块2质量较大的一侧为第一质量块23，检测质量块2质量较小的一侧为第二质量块24。当所述加速度计100存在一与基板1表面垂直方向的加速度时，例如，加速度计100存在一Z轴方向的加速度，所述检测质量块2以弹片21所在直线为轴转动。由于检测质量块2以非对称的方式通过相对设置弹片21悬置在支撑基座3的表面，所以，所述检测质量块2以弹片21所在直线为轴向质量较大的第一质量块23一侧倾斜旋转。
在所述基板1上相对设置有至少两个电极5，所述电极5分别对应于所述检测质量块2质量较大的一侧和质量较小的一侧，用于与所述检测质量块2形成电容。优选地，所述两个电极5以所述弹片21所在直线为轴对称设置。在本具体实施方式中，加速度计100包括四个电极5，所述四个电极5两两相对分别对应于所述检测质量块的第一质量块23及第二质量块24，如图1中虚线所示。当所述加速度计100存在一与基板1表面垂直方向的加速度时，例如，Z轴方向的加速度，所述检测质量块2以所述弹片21所在直线为轴转动，由于第一质量块23质量大于第二质量块24的质量，则第一质量块23向基板1倾斜，第二质量块24远离基板1，在这种情况下，第一质量块23、第二质量块24与电极4之间的电容发生变化，通过测量该差分电容，可以测量加速度计100在Z轴方向的加速度，从而检测安放有该加速度计100的物体在Z轴方向的加速度。
所述第一梳齿状电容组4设置在所述弹片21所在直线与所述电极5之间，当所述加速度计100存在一平行于基板1平面的第一方向的加速度时，所述第一梳齿状电容组4的电容发生变化。在本具体实施方式中，所述加速度计100包括两个第一梳齿状电容组4。所述两个第一梳齿状电容组4以所述弹片21所在直线为对称线沿所述第一方向对称设置。所述第一梳齿状电容组4包括固定设置在所述基板1上的第一感测电容板41，设置在所述检测质量块2上与所述第一感测电容板41相应位置的第二感测电容板42。当所述加速度计100存在一平行于基板1平面的第一方向的加速度时，所述检测质量块2沿第一方向平移，导致第一感测电容板41与第二感测电容板42之间的距离发生变化，从而导致第一梳齿状电容组4的电容发生变化，藉此测量加速度计100在第一方向的加速度，从而检测安放有该加速度计100的物体在第一方向的加速度。在本发明中，所述第一方向指的是Y轴方向。
所述加速度计100在垂直于基板1平面方向的灵敏度与所述电极5至所述弹片21所在直线的垂直距离的平方成正比，也就是说，若要获得加速度计100在垂直于基板1平面方向的高灵敏度，则所述电极5至所述弹片21所在直线的垂直距离越大越好。在本发明中，将第一梳齿状电容组4设置在所述弹片21所在直线与所述电极5之间，从而使得电极5至所述弹片21所在直线的垂直距离变大，提高了加速度计100在垂直于基板1平面方向的灵敏度。
进一步，所述加速度计100还包括至少一个第二梳齿状电容组6，在本具体实施方式中，所述加速度计100包括两个第二梳齿状电容组6，所述两个第二梳齿状电容组6沿平行于基板1平面的第二方向两两相对设置，所述第二方向与所述第一方向垂直，在本具体实施方式中，所述第二方向为X轴方向。所述第二梳齿状电容组6包括固定设置在所述基板1上的第一感测电容板61，设置在所述检测质量块2上与所述第一感测电容板61相应位置的第二感测电容板62。
当所述加速度计100具有一第二方向的加速度时，所述检测质量块2沿第二方向平移，导致第一感测电容板61与第二感测电容板62之间的正对面积发生变化，从而导致第二梳齿状电容组6的电容发生变化，藉此测量加速度计100在第二方向的加速度，从而检测安放有该加速度计100的物体在第二方向的加速度。
所述加速度计100在第二方向的灵敏度与所述第二梳齿状电容组6至所述弹片21的中心的距离的平方成正比，也就是说，若要获得加速度计100在平行于基板1平面的第二方向上的高灵敏度，则所述第二梳齿状电容组6至所述弹片21的中心的距离越大越好。在本发明中，优选地，所述第二梳齿状电容组6设置在加速度计100的内侧边缘，以增大所述第二梳齿状电容组6至所述弹片21的中心的距离，从而使得加速度计100在第二方向的灵敏度更大。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种三轴加速度计，包括基板、检测质量块、支撑基座及至少一个第一梳齿状电容组，所述支撑基座固定在所述基板上，所述检测质量块通过一相对设置的弹片以非对称的方式悬置在所述支撑基座的表面，在所述基板上相对设置有至少两个电极，所述电极分别对应于所述检测质量块质量较大的一侧和质量较小的一侧，用于与所述检测质量块形成电容，其特征在于，所述第一梳齿状电容组设置在所述弹片所在直线与所述电极之间，当所述加速度计存在一平行于基板平面的第一方向的加速度时，所述第一梳齿状电容组的电容发生变化，所述第一梳齿状电容组包括固定设置在所述基板上的所述第一梳齿状电容组的第一感测电容板，设置在所述检测质量块上与所述第一梳齿状电容组的第一感测电容板相应位置的第一梳齿状电容组的第二感测电容板，当所述加速度计存在一平行于基板平面的第一方向的加速度时，所述第一梳齿状电容组的第一感测电容板与所述第一梳齿状电容组的第二感测电容板之间的距离发生变化，所述三轴加速度计还包括至少一个第二梳齿状电容组，所述第二梳齿状电容组包括固定设置在所述基板上的第二梳齿状电容组的第一感测电容板，设置在所述检测质量块上与所述第二梳齿状电容组的第一感测电容板相应位置的第二梳齿状电容组的第二感测电容板，当所述加速度计存在一平行于基板平面的第二方向的加速度时，所述第二梳齿状电容组的第一感测电容板与所述第二梳齿状电容组的第二感测电容板之间的距离发生变化，所述第二方向与所述第一方向垂直。
2.根据权利要求1所述的三轴加速度计，其特征在于，所述三轴加速度计包括两个第一梳齿状电容组，所述两个第一梳齿状电容组以所述弹片所在直线为对称线对称设置。
3.根据权利要求1所述的三轴加速度计，其特征在于，所述第二梳齿状电容组设置在所述加速度计的内侧边缘。
4.根据权利要求1所述的三轴加速度计，其特征在于，所述三轴加速度计包括两个第二梳齿状电容组，所述两个第二梳齿状电容组以所述弹片所在直线的垂线为对称线对称设置。
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