CN105823905A - 电容式加速度计 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电容式加速度计，包括一第一可动梳齿组，由多个第一可动梳齿组成；一第二可动梳齿组，由多个第二可动梳齿组成；一第一固定梳齿组，由多个第一固定梳齿组成，每相邻的两个第一固定梳齿形成一第一梳齿槽，一所述第一可动梳齿插入所述第一梳齿槽中，以所述第一梳齿槽中心线为基准，至少一所述第一可动梳齿具有一第一方向偏移量；一第二固定梳齿组，由多个第二固定梳齿组成，每相邻的两个第二固定梳齿形成一第二梳齿槽，一所述第二可动梳齿插入所述第二梳齿槽中，以所述第二梳齿槽中心线为基准，至少一所述第二可动梳齿具有一第二方向偏移量；所述第一梳齿槽的中心线与所述第二梳齿槽的中心线平行，所述第一方向与所述第二方向相反。

Description

电容式加速度计

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电容式加速度计。

背景技术

电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。电容式加速度传感器/电容式加速度计是比较通用的加速度传感器。在某些领域无可替代，如安全气囊，手机移动设备等。电容式加速度传感器/电容式加速度计采用了微机电系统（MEMS）工艺，在大量生产时变得经济，从而保证了较低的成本。

所述电容式加速度计主要包括跷跷板式电容加速度计，梳齿式电容加速度计及三明治式电容加速度计。由于梳齿式电容加速度计具有灵敏度高、温度稳定性好、结构相对简单、功耗比较低、直流特性好等优点，使得梳齿式电容加速度计备受用户的青睐。

如图1所示，示意性地绘出梳齿式电容加速度计的结构图。锚点10与底部衬底（附图中未标示）固定连接，以将所述锚点10固定。一第一可动梳齿组11及一第二可动梳齿组15分别通过一弹片12及弹片16固定连接在所述锚点10的两侧，所述第一可动梳齿组11及第二可动梳齿组15可在垂直于弹片12及弹片16的方向上移动。一第一固定梳齿组13及一第二固定梳齿组17与外框14固定连接，所述第一固定梳齿组13及第二固定梳齿组17不可移动。在垂直于所述弹片12和弹片16的方向上，所述第一可动梳齿组11及第二可动梳齿组15分别与所述第一固定梳齿组13及第二固定梳齿组17交叉排列。所述第一固定梳齿组13的每相邻的两个固定梳齿及所述第二固定梳齿组17的每相邻的两个固定梳齿均形成一梳齿槽，所述第一可动梳齿组11及第二可动梳齿组15的每一可动梳齿均位于所述梳齿槽的中心线上，即位于所述梳齿槽的中间。所述第一可动梳齿组11及所述第二可动梳齿组15连接到同一电极，其输出的电容信号叠加，作为加速度计的输出电容。

当所述梳齿式电容加速度计受到一个垂直于所述弹片12和弹片16的轴向方向的加速度时，例如Y方向的加速度，所述第一可动梳齿组11及第二可动梳齿组15在该方向移动，使得所述第一可动梳齿组11及第二可动梳齿组15与所述第一固定梳齿组13及第二固定梳齿组17之间的距离发生变化，导致第一可动梳齿组11及第二可动梳齿组15与所述第一固定梳齿组13及第二固定梳齿组17之间的电容发生变化，从而可根据电容变化，检测出垂直于所述弹片12及弹片6的方向上的加速度，例如Y方向的加速度。

但是，上述梳齿式电容加速度计存在一个较大的缺点：当器件倾斜或受到封装热应力的影响时，可动梳齿11及固定梳齿13会在Z轴方向发生变形，使得可动梳齿11及固定梳齿13间发生错位，会产生一个电容。在水平方向上，例如Y方向，检测电路会检测出该电容。但是该电容是Z轴方向的变化引起的电容，而不是水平方向加速度引起的电容，因此，会影响梳齿式电容的灵敏度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种电容式加速度计，其能够抵消器件倾斜及封装热应力产生的虚假的加速度信号，提高加速度计的灵敏度。

为了解决上述问题，本发明提供了一种电容式加速度计，包括：一第一可动梳齿组，由多个第一可动梳齿组成；一第二可动梳齿组，由多个第二可动梳齿组成；一第一固定梳齿组，由多个第一固定梳齿组成，每相邻的两个第一固定梳齿形成一第一梳齿槽，一所述第一可动梳齿插入所述第一梳齿槽中，以所述第一梳齿槽的中心线为基准，至少一所述第一可动梳齿具有一第一方向偏移量；一第二固定梳齿组，由多个第二固定梳齿组成，每相邻的两个第二固定梳齿形成一第二梳齿槽，一所述第二可动梳齿插入所述第二梳齿槽中，以所述第二梳齿槽的中心线为基准，至少一所述第二可动梳齿具有一第二方向偏移量；所述第一梳齿槽的中心线与所述第二梳齿槽的中心线平行，所述第一方向与所述第二方向相反。

进一步，所述第一可动梳齿的第一方向的偏移量与所述第二可动梳齿第二方向的偏移量相等。

进一步，还包括一第一锚点，所述第一锚点与所述电容式加速度计的衬底固定连接，所述第一可动梳齿组通过一第一弹片与所述第一锚点连接。

进一步，还包括一第二锚点，所述第二锚点与所述衬底固定连接，所述第二可动梳齿组通过一第二弹片与所述第二锚点连接。

进一步，所述第一固定梳齿组及第二固定梳齿组与所述电容式加速度计的外框固定连接。

进一步，所述第一梳齿电容组与所述第二梳齿电容组以检测方向为对称轴方向，对称设置。

进一步，还包括第三梳齿电容组及第四梳齿电容组，所述第三梳齿电容组及第四梳齿电容组的结构与所述第一梳齿电容组及第二梳齿电容组的结构相同。

进一步，所述第三梳齿电容组及第四梳齿电容组与所述第一梳齿电容组及第二梳齿电容组对称设置。

本发明的优点在于，将第一可动梳齿组及第二可动梳齿组与所述电容式加速度计的两个电性相反的电极电连接，进而所述第一梳齿电容组的电容与所述第二梳齿电容组的电容相减作为所述电容式加速度计的电容信号。当所述电容式加速度计倾斜或受到封装热应力的影响在Z轴方向发生变形时，所述第一可动梳齿组与所述第二可动梳齿组的电容变化相同，两者相减之后，可抵消该变化，从而避免所述电容式加速度计检测到电容的变化，提高电容式加速度计检测灵敏度。而由于所述第一距离的变化方向与所述第二距离的变化方向相反，当所述电容式加速度计在水平方向具备加速度时，所述第一梳齿电容组与所述第二梳齿电容组电容变化相反，两者相减，得到叠加的电容信号作为电容式加速度计的电容输出信号，从而使得所述电容式加速度计的正常检测不受到上述电极反向的影响。

附图说明

图1是现有的电容式加速度计的结构示意图；

图2是本发明电容式加速度计的第一具体实施方式结构示意图；

图3是图2中A部位的放大示意图；

图4是图2中B部位的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的电容式加速度计的具体实施方式做详细说明。

参见图2，在第一具体实施方式中，本发明电容式加速度计包括一第一可动梳齿组20、一第二可动梳齿组30、一第一固定梳齿组40及一第二固定梳齿组50。

所述第一可动梳齿组20由多个第一可动梳齿21组成，在本具体实施方式中仅示意性地标示出三个第一可动梳齿21。进一步，所述电容式加速度计还包括一第一锚点60，所述第一锚点60与所述电容式加速度计的衬底（附图未示）固定连接。所述第一可动梳齿组20通过一第一弹片22与所述第一锚点60弹性连接，所述第一锚点60可用于通过第一弹片22支撑所述第一可动梳齿组20。当所述电容式加速度计具有一水平方向加速度时，例如具有Y方向加速度，所述第一可动梳齿组20可在水平方向发生移动。

所述第二可动梳齿组30由多个第二可动梳齿31组成，在本具体实施方式中仅示意性地标示出三个第二可动梳齿31。进一步，所述电容式加速度计还包括一第二锚点70，所述第二锚点70与所述电容式加速度计的衬底（附图未示）固定连接。所述第二可动梳齿组30通过一第二弹片32与所述第二锚点70弹性连接，所述第二锚点70可用于通过第二弹片32支撑所述第二可动梳齿组30。当所述电容式加速度计具有一水平方向加速度时，例如Y方向加速度，所述第一可动梳齿组20可在水平方向发生移动。

参见图2及图3，所述第一固定梳齿组40由多个第一固定梳齿41组成。每相邻的两个第一固定梳齿41形成一第一梳齿槽42，所述第一梳齿槽42具有一中心线43，一所述第一可动梳齿21插入所述第一梳齿槽42中，以所述第一梳齿槽的中心线43为基准，至少一所述第一可动梳齿21具有一第一方向偏移量L1。在本具体实施方式中，所述第一方向指Y+方向，所有第一可动梳齿21均在第一方向具有一偏移量L1。在本发明的其他具体实施方式中，也可以有一个或多个第一可动梳齿21在第一方向具有一偏移量L1，其他第一可动梳齿21设置在所述中心线43上，在第一方向没有偏移量。进一步，所述第一固定梳齿电容组40与所述电容式加速度计的外框100固定连接。

所述第一可动梳齿电容组20与所述第一固定梳齿电容组40形成第一梳齿电容组80。所述第一梳齿电容组80与所述电容式加速度计的一第一电极（附图中未标示）电连接，其连接方法为现有技术，在此不赘述。

参见图2及图4，所述第二固定梳齿组50由多个第二固定梳齿51组成。每相邻的两个第二固定梳齿51形成一第二梳齿槽52，所述第二梳齿槽52具有一中心线53，一所述第二可动梳齿31插入所述第二梳齿槽52中，以所述第二梳齿槽的中心线53为基准，至少一所述第二可动梳齿31具有一第二方向偏移量L2。在本具体实施方式中，所述第二方向指Y-方向，所有第二可动梳齿31均在第二方向具有一偏移量L2。在本发明的其他具体实施方式中，也可以有一个或多个第二可动梳齿31在第二方向具有一偏移量L2，其他第二可动梳齿31设置在所述中心线53上，在第二方向没有偏移量。进一步，所述第二固定梳齿电容组50与所述电容式加速度计的外框100固定连接。所述第一梳齿槽的中心线43与所述第二梳齿槽的中心线53平行，所述第一方向与所述第二方向相反。

所述第二可动梳齿电容组30与所述第二固定梳齿电容组50形成第二梳齿电容组90。所述第二梳齿电容组90与所述电容式加速度计的第二电极（附图未示）电连接，其连接方法为现有技术，在此不赘述。所述第一电极与所述第二电极分别连接至外部电路的正负极，若所述第一电极连接至正极，则所述第二电极连接至负极，若所述第一电极连接至负极，则所述第二电极连接至正极。

所述电容式加速度计具有某一方向加速度时，至少一所述第一可动梳齿21的偏移量L1的变化与至少一所述第二可动梳齿31的偏移量L2的变化方向相反，从而使得第一梳齿电容组80的电容变化方向与所述第二梳齿电容组90的电容变化方向相反。即若至少一所述第一可动梳齿21的偏移量L1变小，所述第一梳齿电容组80的电容减小，则至少一所述第二可动梳齿31的偏移量L2变大，所述第二梳齿电容组90的电容增大；若至少一所述第一可动梳齿21的偏移量L1变大，所述第一梳齿电容组80的电容增大，则至少一所述第二可动梳齿31的偏移量L2变小，所述第二梳齿电容组90的电容减小。例如，当所述电容式加速度计具有Y方向加速度时，所述第一可动梳齿21向所述第一固定梳齿41靠近，所述第一可动梳齿21的偏移量L1变大，所述第一梳齿电容组80的电容增大，所述第二可动梳齿31与所述第二固定梳齿51远离，所述第二可动梳齿31的偏移量L2变小，所述第二梳齿电容组90的电容变小。优选地，所述第一可动梳齿21的偏移量L1与所述第二可动梳齿31的偏移量L2相等。

如上文所述，所述述第一输出电容组80与所述电容式加速度计的第一电极电连接，所述第二梳齿电容组90与所述电容式加速度计的第二电极电连接，所述第二电极与所述第一电极分别连接至外部驱动电路的正负极上。在采集所述电容式加速度计的电容信号时，所述第一梳齿电容组80及所述第二梳齿电容组90的电容相减作为所述电容式加速度计的电容输出信号。当所述电容式加速度计倾斜或受到封装热应力的影响在Z轴方向发生变形时，所述第一可动梳齿组80与所述第二可动梳齿组90的电容变化相同，即电容变化方向及变化量相同，两者相减之后，可抵消该变化，从而避免所述电容式加速度计检测到电容的变化，提高电容式加速度计检测灵敏度。当所述电容式加速度计在水平方向具备加速度时，所述第一梳齿电容组80与所述第二梳齿电容组90电容变化方向相反，两者相减，得到叠加的电容信号作为电容式加速度计的电容输出信号，从而使得所述电容式加速度计的正常检测不受到上述电极反向的影响。

进一步，所述第一梳齿电容组80与所述第二梳齿电容组90以检测方向为对称轴方向对称设置。例如检测Y方向加速度，则所述第一梳齿电容组80与所述第二梳齿电容组90以Y方向为对称轴方向对称设置。

在本发明的另一具体实施方式中，所述电容式加速度计还包括第三梳齿电容组（附图未示）及第四梳齿电容组（附图未示），所述第三梳齿电容及第四梳齿电容组的结构与所述第一梳齿电容组80及第二梳齿电容组90的结构相同。在此不赘述。优选地，所述第三梳齿电容组及第四梳齿电容组与所述第一梳齿电容组80及第二梳齿电容组90对称设置，其对称轴方向与所述检测方向垂直。所述第三梳齿电容组与所述第二梳齿电容组90结构相同且对角设置，所述第四梳齿电容组与所述第一梳齿电容组80结构相同对角设置。所述第三梳齿电容组及所述第四梳齿电容组可分别通过电极连接至外部驱动电路的正负极。举例说明，若所述第一梳齿电容组80连接至正电极，所述第二梳齿电容组90连接至负电极，则所述第三梳齿电容组连接至负电极，所述第四梳齿电容组连接至正电极。

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 (8)

1.一种电容式加速度计，其特征在于，包括：一第一可动梳齿组，由多个第一可动梳齿组成；一第二可动梳齿组，由多个第二可动梳齿组成；一第一固定梳齿组，由多个第一固定梳齿组成，每相邻的两个第一固定梳齿形成一第一梳齿槽，一所述第一可动梳齿插入所述第一梳齿槽中，以所述第一梳齿槽的中心线为基准，至少一所述第一可动梳齿具有一第一方向偏移量；一第二固定梳齿组，由多个第二固定梳齿组成，每相邻的两个第二固定梳齿形成一第二梳齿槽，一所述第二可动梳齿插入所述第二梳齿槽中，以所述第二梳齿槽的中心线为基准，至少一所述第二可动梳齿具有一第二方向偏移量；所述第一梳齿槽的中心线与所述第二梳齿槽的中心线平行，所述第一方向与所述第二方向相反。

2.根据权利要求1所述的电容式加速度计，其特征在于，所述第一可动梳齿的第一方向的偏移量与所述第二可动梳齿第二方向的偏移量相等。

3.根据权利要求1所述的电容式加速度计，其特征在于，还包括一第一锚点，所述第一锚点与所述电容式加速度计的衬底固定连接，所述第一可动梳齿组通过一第一弹片与所述第一锚点连接。

4.根据权利要求2所述的电容式加速度计，其特征在于，还包括一第二锚点，所述第二锚点与所述衬底固定连接，所述第二可动梳齿组通过一第二弹片与所述第二锚点连接。

5.根据权利要求1所述的电容式加速度计，其特征在于，所述第一固定梳齿组及第二固定梳齿组与所述电容式加速度计的外框固定连接。

6.根据权利要求1所述的电容式加速度计，其特征在于，所述第一梳齿电容组与所述第二梳齿电容组以检测方向为对称轴方向，对称设置。

7.根据权利要求1所述的电容式加速度计，其特征在于，还包括第三梳齿电容组及第四梳齿电容组，所述第三梳齿电容组及第四梳齿电容组的结构与所述第一梳齿电容组及第二梳齿电容组的结构相同。

8.根据权利要求6所述的电容式加速度计，其特征在于，所述第三梳齿电容组及第四梳齿电容组与所述第一梳齿电容组及第二梳齿电容组对称设置。