CN105823906A - 一种共享检测电容的三轴电容式加速度计 - Google Patents

一种共享检测电容的三轴电容式加速度计 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种共享检测电容的三轴电容式加速度计，包括一个质量块，固定锚点，基底，还包括四个检测电容，其中每个检测电容均包括固定梳齿和可动梳齿；所述质量块，通过与之对应的固定锚点固定于基底，用于在施加一轴向的加速度时，产生与该加速度相对应的运动；所述四个检测电容的可动梳齿连接至上述质量块，用于在施加一轴向的加速度时，其可动梳齿随上述质量块运动，产生针对该轴向加速度的特定电容值的变化。本发明所涉及的共享检测电容的三轴电容式加速度计能够达到减小微机电芯片的面积，简化检测电容的检测方式以及提高加速度计的灵敏度的目的。

Description

一种共享检测电容的三轴电容式加速度计
技术领域
本发明涉及三轴加速度计，尤其涉及一种共享检测电容的三轴电容式加速度计。
背景技术
微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical-System)因其体积小、成本低、集成性好、性能优良等诸多优点已在工业，医疗，民用，军事等非常广泛的领域得到了越来越多的应用。加速度传感器作为最典型的使用微机电技术的器件，也已几乎成为各类移动终端、相机、游戏手柄、导航仪等产品的标准配置。微机电加速度计以其检测方式的不同可分为电容式，电阻式，压电式等。其中电容式加速度计因其结构简单，成本低廉，并可在低频范围内拥有较高的灵敏度和线性度等优势，成为最为流行的一类加速度计。
目前对于电容式加速度而言，存在的最大的难题是如何在不影响或是提高性能的前提下，降低电容式加速度计的成本，解决上述问题最为直接的方法是减小微机电芯片的面积，通过上述方法，不但降低了产品成本，而且使产品在市场上也具有了更大的竞争力。
对于三轴加速度计来说，现有的解决方案是共享三个轴的质量块。
图1示出了现有技术中的共享质量块的三轴加速度计的结构示意图。定义以固定锚点5为原点的笛卡尔坐标系的x轴的正向指向右侧，y轴的正向指向上侧，z轴的正向指向x，y平面的外侧。质量块7通过弹性梁6连接到固定锚点5。检测电容一共12个，即C1x-C1z，C2x-C2z，C3x-C3z，C4x-C4z，该四组检测电容分别设置于质量块7所形成的检测电容设置区内。每组检测电容均包括3个检测电容，分别用于检测X轴加速度，Y轴加速度和Z轴加速度。每个检测电容均包括固定梳齿和可动梳齿，其可动梳齿均连接至质量块7，其固定梳齿通过相应的固定锚点(1x-4z)固定在基底A上。
当有沿X轴的加速度输入时，质量块7会以固定锚点5为中心点绕Z轴扭转，如图1中的M_X方向。此时初始值相等的检测电容C1x-C4x会产生细微变化。通过设计这四个检测电容的梳齿的方向，可以使检测电容C1x和检测电容C4x的电容值增大且检测电容C2x和检测电容C3x的电容值减小，利用电容检测和信号处理电路测量出上述检测电容的相对变化(ΔC1x-ΔC2x-ΔC3x+ΔC4x)，因为输入的加速度与上述检测电容的相对变化成一定的比例关系，因此可以推导出输入的X轴加速度的大小。
当有沿Y轴的加速度输入时，质量块7会沿Y轴做平行移动，如图1中M_Y方向。此时初始值相等的检测电容C1y-C4y会产生细微变化。通过设计这四个检测电容的梳齿的方向，可以使检测电容C1y和检测电容C2y的电容值增大且检测电容C3y和检测电容C4y的电容值减小，利用电容检测和信号处理电路测量出上述检测电容的相对变化(ΔC1y+ΔC2y-ΔC3y-ΔC4y)，因为输入的加速度与上述检测电容的相对变化成一定的比例关系，因此可以推导出输入的Y轴加速度的大小。
当有沿Z轴的加速度输入时，质量块7会以弹性梁6为中心轴绕X轴转动，如图1中M_Z方向。如图2所示，检测Z轴加速度的电容C1z-C4z是以高低差的形式工作的，所以初始值相等的检测电容C1z-C4z此时也会产生细微的变化。通过设计这四个检测电容的梳齿的高低及方向，可以使检测电容C1z和检测电容C3z的电容值增大且检测电容C2z和检测电容C4z的电容值减小，利用电容检测和信号处理电路测量出上述检测电容的相对变化(ΔC1z-ΔC2z+ΔC3z-ΔC4z)，因为输入的加速度与上述检测电容的相对变化成一定的比例关系，因此可以推导出输入的Z轴加速度的大小。
上述现有的解决方案的缺点在于12个检测电容占据微机电芯片面积的很大一部分，因此要减小微机电芯片的面积具有一定的难度；而且每个检测电容所占的空间较小，由于加速度计的灵敏度与检测电容的大小成正比，因此灵敏度也会受到限制。
本发明提出的解决方案是在共享质量块的基础上，再使三个轴向共享检测电容，进而减小微机电芯片的面积。
发明内容
本发明的目的在于提出一种共享检测电容的三轴电容式加速度计，以达到减小微机电芯片的面积，简化检测电容的检测方式以及提高加速度计的灵敏度的目的。
为了实现上述目的，本发明提出了一种共享检测电容的三轴电容式加速度计，包括一个质量块，固定锚点，基底，还包括四个检测电容，其中每个检测电容均包括固定梳齿和可动梳齿；
所述质量块，通过与之对应的固定锚点固定于基底，用于在施加一轴向的加速度时，产生与该加速度相对应的运动；
所述四个检测电容的可动梳齿连接至上述质量块，用于在施加一轴向的加速度时，其可动梳齿随上述质量块运动，产生针对该轴向加速度的特定电容值的变化。
本发明的该方案的有益效果在于通过将检测电容的数量减少到4个，达到了减小微机电芯片的面积，简化检测电容的检测方式的目的。
优选的是，所述质量块通过弹性梁连接到与所述质量块相对应的固定锚点固定，并且所述质量块形成四个检测电容设置区，四个检测电容分别设置于相应的设置区内，将所述检测电容的可动梳齿均连接到所述质量块上，将其固定梳齿通过相应的固定锚点固定在基底上。
优选的是，所述质量块形成的四个检测电容设置区是对称的。
优选的是，所述四个检测电容对称设置。
优选的是，所述四个检测电容被构建为：对应一轴向加速度，一对检测电容的电容值增大，另一对检测电容的电容值减小。
优选的是，所述四个检测电容被构建为：对应X轴加速度，处于对角线的一对检测电容的电容值增大，另一对检测电容的电容值减小。
优选的是，所述四个检测电容被构建为：对应Y轴加速度，以X轴为界，处于X轴一侧的一对检测电容的电容值增大，另一对检测电容的电容值减小。
优选的是，所述四个检测电容被构建为：对应Z轴加速度，以Y轴为界，处于Y轴一侧的一对检测电容的电容值增大，另一对检测电容的电容值减小。
附图说明
图1示出了现有技术中的三轴加速度计的结构示意图。
图2示出了检测电容沿Z轴方向的固定梳齿和可动梳齿的示意图。
图3示出了本发明所涉及的三轴加速度计的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图3所示，依照本发明的具体实施方式的共享检测电容的三轴电容式加速度计包括基底A，第一检测电容C1，第二检测电容C2，第三检测电容C3，第四检测电容C4，第一固定锚点10，第二固定锚点20，第三固定锚点30，第四固定锚点40，第五固定锚点50，弹性梁60以及质量块70。
定义以第五固定锚点50为原点的笛卡尔坐标系的x轴的正向指向右侧，y轴的正向指向上侧，z轴的正向指向x，y平面的外侧。本发明所涉及三轴电容式加速度计的四个检测电容C1-C4沿x轴和y轴完全对称。
所述质量块70通过弹性梁60连接到第五固定锚点50进行固定，并且所述质量块70形成了四个检测电容设置区，如图3所示，第一检测电容C1设置于第一设置区，第二检测电容C2设置于第二设置区，第三检测电容C3设置于第三设置区，第四检测电容C4设置于第四设置区。所述四个检测电容均包括固定梳齿和可动梳齿，其可动梳齿均连接到所述质量块70，第一检测电容C1的固定梳齿连接至第一固定锚点10，第二检测电容C2的固定梳齿连接至第二固定锚点20，第三检测电容C3的固定梳齿连接至第三固定锚点30，第四检测电容C4的固定梳齿连接至第四固定锚点40。
在具体的实施过程中，当有沿X轴的加速度输入时，质量块70会以第五固定锚点50为中心点绕Z轴扭转，如图3中的M_X方向，此时检测电容C1-C4的可动梳齿随着质量块70的移动而移动，进而造成检测电容C1-C4的固定梳齿和可动梳齿之间的距离或是重叠面积产生变化，使得第一检测电容C1和第四检测电容C4的电容值增大，第二检测电容C2和第三检测电容C3的电容值减小，利用相关测量手段，例如电容检测和信号处理电路测量出上述检测电容的相对变化(ΔC1-ΔC2-ΔC3+ΔC4)，因为输入的加速度与上述检测电容的相对变化成一定的比例关系，因此可以推导出输入的X轴加速度的大小。
当有沿Y轴的加速度输入时，质量块70会沿Y轴做平行移动，如图3中的M_Y方向。此时检测电容C1-C4的可动梳齿随着质量块70的移动而移动，进而造成检测电容C1-C4的固定梳齿和可动梳齿之间的距离产生变化，使得第一检测电容C1和第二检测电容C2的电容值增大，第三检测电容C3和第四检测电容C4的电容值减小，利用相关测量手段，例如电容检测和信号处理电路测量出上述检测电容的相对变化(ΔC1+ΔC2-ΔC3-ΔC4)，因为输入的加速度与上述检测电容的相对变化成一定的比例关系，因此可以推导出输入的Y轴加速度的大小。
当有沿Z轴的加速度输入时，质量块70会以弹性梁60为中心轴绕X轴转动，如图3中的M_Z方向。此时检测电容C1-C4的可动梳齿随着质量块70的移动而移动，进而造成检测电容C1-C4的固定梳齿和可动梳齿之间的距离或是重叠面积产生变化，使得第一检测电容C1和第三检测电容C3的电容值增大，第二检测电容C2和第四检测电容C4的电容值减小，利用相关测量手段，例如电容检测和信号处理电路测量出上述检测电容的相对变化(ΔC1-ΔC2+ΔC3-ΔC4)，因为输入的加速度与上述检测电容的相对变化成一定的比例关系，因此可以推导出输入的Z轴加速度的大小。
本发明所涉及的共享检测电容的三轴电容式加速度计的有益效果在于：
通过减少检测电容的个数，减小了微机电芯片的大小；
简化了对检测电容的检测方式；
在微机电芯片的面积不变的情况下，提高了灵敏度。

Claims (8)

1.一种共享检测电容的三轴电容式加速度计，包括一个质量块，固定锚点，基底，其特征在于：还包括四个检测电容，其中每个检测电容均包括固定梳齿和可动梳齿；
所述质量块，通过与之对应的固定锚点固定于基底，用于在施加一轴向的加速度时，产生与该加速度相对应的运动；
所述四个检测电容的可动梳齿连接至上述质量块，用于在施加一轴向的加速度时，其可动梳齿随上述质量块运动，产生针对该轴向加速度的特定电容值的变化。
2.根据权利要求1所述的共享检测电容的三轴电容式加速度计，其特征在于：所述质量块通过弹性梁连接到与所述质量块相对应的固定锚点固定，并且所述质量块形成四个检测电容设置区，四个检测电容分别设置于相应的设置区内，将所述检测电容的可动梳齿均连接到所述质量块上，将其固定梳齿通过相应的固定锚点固定在基底上。
3.根据权利要求2所述的共享检测电容的三轴电容式加速度计，其特征在于：所述质量块形成的四个检测电容设置区是对称的。
4.根据权利要求3所述的共享检测电容的三轴电容式加速度计，其特征在于：所述四个检测电容对称设置。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的共享检测电容的三轴电容式加速度计，其特征在于：所述四个检测电容被构建为：对应一轴向加速度，一对检测电容的电容值增大，另一对检测电容的电容值减小。
6.根据权利要求5所述的共享检测电容的三轴电容式加速度计，其特征在于：所述四个检测电容被构建为：对应X轴加速度，处于对角线的一对检测电容的电容值增大，另一对检测电容的电容值减小。
7.据权利要求5所述的共享检测电容的三轴电容式加速度计，其特征在于：所述四个检测电容被构建为：对应Y轴加速度，以X轴为界，处于X轴一侧的一对检测电容的电容值增大，另一对检测电容的电容值减小。
8.据权利要求5所述的共享检测电容的三轴电容式加速度计，其特征在于：所述四个检测电容被构建为：对应Z轴加速度，以Y轴为界，处于Y轴一侧的一对检测电容的电容值增大，另一对检测电容的电容值减小。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107782914A (zh) * 2016-08-27 2018-03-09 深迪半导体(上海)有限公司 一种三轴加速计
CN107782913A (zh) * 2016-08-26 2018-03-09 深迪半导体(上海)有限公司 一种三轴电容式加速度计
CN107782916A (zh) * 2016-08-27 2018-03-09 深迪半导体(上海)有限公司 一种三轴加速计
CN108020686A (zh) * 2016-11-03 2018-05-11 意法半导体股份有限公司 具有改进配置的mems 三轴加速度计
CN110308308A (zh) * 2019-06-27 2019-10-08 深迪半导体(上海)有限公司 一种带补偿电极的面内平动式加速度计
CN115356507A (zh) * 2022-10-14 2022-11-18 成都本原聚能科技有限公司 一种三轴加速度计

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005083972A (ja) * 2003-09-10 2005-03-31 Matsushita Electric Works Ltd 静電容量式センサおよびその製造方法
CN101386400A (zh) * 2007-09-13 2009-03-18 李刚 电容式单质量块三轴加速度传感器及制备方法
US20090183570A1 (en) * 2008-01-18 2009-07-23 Custom Sensors & Technologies, Inc. Micromachined cross-differential dual-axis accelerometer
CN101755215A (zh) * 2007-07-24 2010-06-23 Nxp股份有限公司 确定线性或角向移动的位移、速度和加速度的多轴传感器
CN101871952A (zh) * 2010-06-11 2010-10-27 瑞声声学科技(深圳)有限公司 Mems加速度传感器
CN102384984A (zh) * 2010-09-02 2012-03-21 孙博华 电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器及制作方法
CN102759637A (zh) * 2011-04-26 2012-10-31 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 Mems三轴加速度传感器及其制造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005083972A (ja) * 2003-09-10 2005-03-31 Matsushita Electric Works Ltd 静電容量式センサおよびその製造方法
CN101755215A (zh) * 2007-07-24 2010-06-23 Nxp股份有限公司 确定线性或角向移动的位移、速度和加速度的多轴传感器
CN101386400A (zh) * 2007-09-13 2009-03-18 李刚 电容式单质量块三轴加速度传感器及制备方法
US20090183570A1 (en) * 2008-01-18 2009-07-23 Custom Sensors & Technologies, Inc. Micromachined cross-differential dual-axis accelerometer
CN101871952A (zh) * 2010-06-11 2010-10-27 瑞声声学科技(深圳)有限公司 Mems加速度传感器
CN102384984A (zh) * 2010-09-02 2012-03-21 孙博华 电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器及制作方法
CN102759637A (zh) * 2011-04-26 2012-10-31 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 Mems三轴加速度传感器及其制造方法

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107782913A (zh) * 2016-08-26 2018-03-09 深迪半导体(上海)有限公司 一种三轴电容式加速度计
CN107782913B (zh) * 2016-08-26 2022-02-22 深迪半导体(绍兴)有限公司 一种三轴电容式加速度计
CN107782914A (zh) * 2016-08-27 2018-03-09 深迪半导体(上海)有限公司 一种三轴加速计
CN107782916A (zh) * 2016-08-27 2018-03-09 深迪半导体(上海)有限公司 一种三轴加速计
CN107782916B (zh) * 2016-08-27 2021-07-09 深迪半导体(绍兴)有限公司 一种三轴加速计
CN108020686A (zh) * 2016-11-03 2018-05-11 意法半导体股份有限公司 具有改进配置的mems 三轴加速度计
US10768199B2 (en) 2016-11-03 2020-09-08 Stmicroelectronics S.R.L. MEMS tri-axial accelerometer with one or more decoupling elements
US11650221B2 (en) 2016-11-03 2023-05-16 Stmicroelectronics S.R.L. MEMS tri-axial accelerometer with one or more decoupling elements
CN110308308A (zh) * 2019-06-27 2019-10-08 深迪半导体(上海)有限公司 一种带补偿电极的面内平动式加速度计
CN110308308B (zh) * 2019-06-27 2021-07-13 深迪半导体(绍兴)有限公司 一种带补偿电极的面内平动式加速度计
CN115356507A (zh) * 2022-10-14 2022-11-18 成都本原聚能科技有限公司 一种三轴加速度计

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