CN107271722A - 一种三轴电容式加速度计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三轴电容式加速度计，该三轴电容式加速度计包括：基板、可动部件以及多个固定电极；基板表面具有固定锚点；可动部件设置在固定锚点上；可动部件具有第一质量块、第二质量块以及第三质量块；多个固定电极分为第一电极组、第二电极组以及第三电极组；第一电极组用于和第二质量块形成X轴检测电容，以检测沿X轴输入的加速度；第二电极组用于和第一质量块形成Y轴检测电容，以检测沿Y轴输入的加速度；第三电极组用于和第三质量块形成Z轴检测电容，以检测沿Z轴输入的加速度。本发明技术方案通过三个质量块，可以实现直角三维坐标系中X轴、Y轴以及Z轴方向加速度的检测，且通过设置质量块的运动维度，避免了轴交叉耦合的问题。

Description

一种三轴电容式加速度计

技术领域

本发明涉及微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System简称MEMS)，更具体的说，涉及一种三轴电容式加速度计。

背景技术

MEMS加工制作的微型加速计因其体积小、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。目前，在各类移动终端、相机、游戏手柄、导航仪等产品的应用中，在一定程度上，微型加速计已经成为标准配置。在研制过程中，电容式、电阻式以及压电式作为检测加速度的方式是主要应用的机理。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。

但正因为电容式加速度计容易设计，进入市场的技术门槛较低，从而导致价格战。为了能在这种激烈的竞争当中脱颖而出，必须在不影响或提高性能的同时，降低产品成本是必须要考虑的问题，而减小加速计芯片的面积是最为有效的方法。目前电容式加速度计常用的简化设计方案是共享三个轴的质量块，从而增加面积利用率，实现减小芯片面积，降低成本的目的。但这种电容式加速度计检测完全共享一个质量块的方式必定增加了轴交叉耦合，尤其是质量在某个轴的敏感模态是以转动方式实现的时候。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种三轴电容式加速度计，通过三个质量块，可以实现直角三维坐标系中X轴、Y轴以及Z轴方向加速度的检测，且通过设置质量块的运动维度，避免了轴交叉耦合的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三轴电容式加速度计，所述三轴电容式加速度计包括：基板、可动部件以及多个固定电极；

所述基板表面具有固定锚点；

所述可动部件设置在所述固定锚点上；所述可动部件具有第一质量块、第二质量块以及第三质量块；

所述第一质量块与所述固定锚点可动连接，所述第一质量块相对于所述固定锚点可以在平行于Y轴的方向移动；所述第二质量块与所述第一质量块可动连接，所述第二质量块相对于所述固定锚点可以在平行于X轴的方向移动，且可以在平行于Y轴的方向上移动；所述第三质量块与所述第二质量块可动连接，所述第三质量块可以绕平行于Y轴的转轴转动；

所述多个固定电极分为第一电极组、第二电极组以及第三电极组；所述第一电极组、所述第二电极组以及所述第三电极组均具有多个所述固定电极；所述第一电极组用于和所述第二质量块形成X轴检测电容，以检测沿X轴输入的加速度；所述第二电极组用于和所述第一质量块形成Y轴检测电容，以检测沿Y轴输入的加速度；所述第三电极组用于和第三质量块形成Z轴检测电容，以检测沿Z轴输入的加速度；

其中，在三维直角坐标系XYZ中，X轴与Y轴均平行于所述基板，Z轴垂直于所述基板。

优选的，在上述三轴电容式加速度计中，所述第一质量块具有第一镂空区域，所述固定锚点位于所述第一镂空区域内；

所述第二质量块具有第二镂空区域，所述第一质量块位于所述第二镂空区域内；

所述第三质量块具有第三镂空区域，所述第二质量块位于所述第三镂空区域内。

优选的，在上述三轴电容式加速度计中，所述第一质量块与所述固定锚点之间、所述第二质量块与所述第一质量块之间、以及所述第三质量块与所述第二质量块之间均通过相应的弹簧梁可动连接。

优选的，在上述三轴电容式加速度计中，所述三轴电容式加速度计具有10个所述弹簧梁；10个所述弹簧梁依次为第1弹簧梁-第10弹簧梁；

第1弹簧梁-第4弹簧梁对称的设置在所述第一镂空区域内，用于连接所述固定锚点与所述第一质量块；所述第一镂空区域为矩形，该矩形在Y轴方向上相对的两边分别设置两个所述弹簧梁；

第5弹簧梁-第8弹簧梁对称的设置在所述第二镂空区域内，用于连接所述第一质量块与所述第二质量块；所述第二镂空区域为矩形，该矩形在X轴方向上相对的两边分别设置两个所述弹簧梁；

第9弹簧梁和第10弹簧梁对称的设置在所述第三镂空区域内，用于连接所述第二质量块与所述第三质量块；所述第三镂空区域为矩形，该矩形在Y轴方向上相对的两边分别设置一个所述弹簧梁。

优选的，在上述三轴电容式加速度计中，所有所述弹簧梁构成中心对称结构，所述固定锚点位于该中心对称结构的对称中心，且该中心对称结构具有平行于X轴的对称轴以及平行于Y轴的对称轴。

优选的，在上述三轴电容式加速度计中，所述三轴电容式加速度计具有10个所述固定电极，10个所述固定电极依次为第1固定电极-第10固定电极；

第1固定电极-第4固定电极位于所述第三镂空区域内，在Y轴方向上，第1固定电极和第2固定电极位于所述第二质量块的一端，第3固定电极和第4固定电极位于所述第二质量块的另一端，且第1固定电极和第3固定电极相对，第2固定电极和第4固定电极相对；

第5固定电极-第8固定电极位于所述第二镂空区域内，在Y轴方向上，第5固定电极和第6固定电极位于所述第一质量块的一端，第7固定电极和第8固定电极位于所述第一质量块的另一端，且第5固定电极和第7固定电极相对，第6固定电极和第8固定电极相对；

第9固定电极和第10固定电极位于所述基板与所述第三质量块之间，在X轴方向上，第9固定电极和第10固定电极分别在所述第三镂空区域的外围两端。

优选的，在上述三轴电容式加速度计中，所述X轴检测电容包括：第1固定电极和第3固定电极与所述第二质量块形成的第一检测电容组，以及第2固定电极和第4固定电极和所述第二质量块形成的第二检测电容组；

所述三轴电容式加速度计检测检测沿X轴输入的加速度时，所述第二质量块以及所述第三质量块在X轴方向上平行运动，所述第一质量块静止；

所述第一检测电容组与所述第二检测电容组具有幅度相同且方向相反的变化，检测电路检测第一检测电容组的变化量与第二检测电容组的变化量的差值，计算沿X轴输入的加速度。

优选的，在上述三轴电容式加速度计中，所述Y轴检测电容包括：第5固定电极和第6固定电极与所述第一质量块形成的第三检测电容组，以及第7固定电极和第8固定电极和所述第一质量块形成的第四检测电容组；

所述三轴电容式加速度计检测检测沿Y轴输入的加速度时，所述第一质量块、所述第二质量块以及所述第三质量块在Y轴方向上平行运动；

所述第三检测电容组与所述第四检测电容组具有幅度相同且方向相反的变化，检测电路检测第三检测电容组的变化量与第四检测电容组的变化量的差值，计算沿Y轴输入的加速度。

优选的，在上述三轴电容式加速度计中，所述Z轴检测电容包括：第9固定电极与所述第三质量块形成的第五检测电容组，以及第10固定电极和所述第三质量块形成的第六检测电容组；

所述三轴电容式加速度计检测检测沿Z轴输入的加速度时，所述第三质量块绕着平行于Y轴的转轴转动；所述第一质量块与所述第二质量块静止；

所述第五检测电容组与所述第六检测电容组具有幅度相同且方向相反的变化，检测电路检测第五检测电容组的变化量与第六检测电容组的变化量的差值，计算沿Z轴输入的加速度。

优选的，在上述三轴电容式加速度计中，所述基板表面具有8个电极基座，第1固定电极-第8固定电极与8个所述电极基座一一对应，所述电极基座表面用于设置对应的所述固定电极。

优选的，在上述三轴电容式加速度计中，所有所述固定电极构成中心对称结构，该中心对称结构具有平行于X轴的对称轴和平行于Y轴的对称轴，所述固定锚点位于该中心对称结构的对称中心。

通过上述描述可知，本发明技术方案所述三轴电容式加速度计中，设置有三个质量块，且所述第一质量块与所述固定锚点可动连接，所述第一质量块相对于所述固定锚点可以在平行于Y轴的方向移动；所述第二质量块与所述第一质量块可动连接，所述第二质量块相对于所述固定锚点可以在平行于X轴的方向移动，且可以在平行于Y轴的方向上移动；所述第三质量块与所述第二质量块可动连接，所述第三质量块可以绕平行于Y轴的转轴转动。本发明技术方案通过三个质量块，可以实现直角三维坐标系中X轴、Y轴以及Z轴方向加速度的检测，且通过设置质量块的运动维度，避免了轴交叉耦合的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种三轴电容式加速度计的俯视图；

图2为图1所示三轴电容式加速度计中可动部件的图案结构；

图3为图1所示三轴电容式加速度计中固定电极的图案结构；

图4为图1所示三轴电容式加速度计中第一质量块的图案结构；

图5为图1所示三轴电容式加速度计中第二质量块的图案结构；

图6为图1所示三轴电容式加速度计中第三质量块的图案结构；

图7为图1所示三轴电容式加速度计在PP’方向的切面图；

图8为图1所示三轴电容式加速度计在QQ’方向的切面图；

图9为图1所示三轴电容式加速度计检测检测沿X轴输入的加速度的原理示意图；

图10为图1所示三轴电容式加速度计检测检测沿Y轴输入的加速度的原理示意图；

图11为图1所示三轴电容式加速度计检测检测沿Z轴输入的加速度的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1-图8，图1为本发明实施例提供的一种三轴电容式加速度计的俯视图，图2为图1所示三轴电容式加速度计中可动部件的图案结构，图3为图1所示三轴电容式加速度计中固定电极的图案结构，图4为图1所示三轴电容式加速度计中第一质量块的图案结构，图5为图1所示三轴电容式加速度计中第二质量块的图案结构，图6为图1所示三轴电容式加速度计中第三质量块的图案结构，图7为图1所示三轴电容式加速度计在PP’方向的切面图，图8为图1所示三轴电容式加速度计在QQ方向的切面图。所示三轴电容式加速度计包括：基板11、可动部件PM以及多个固定电极E。本发明实施例中，在三维直角坐标系XYZ中，X轴与Y轴均平行于所述基板11，Z轴垂直于所述基板11，且由所述基板11指向所述可动部件PM。

所述基板11表面具有固定锚点A1。

所述可动部件PM设置在所述固定锚点A1上。所述可动部件PM具有第一质量块M1、第二质量块M2以及第三质量块M3。

所述第一质量块M1与所述固定锚点A1可动连接，所述第一质量块M1相对于所述固定锚点A1可以在平行于Y轴的方向移动。所述第二质量块M2与所述第一质量块M1可动连接，所述第二质量块M2相对于所述固定锚点A1可以在平行于X轴的方向移动，且可以在平行于Y轴的方向上移动。所述第三质量块M3与所述第二质量块M2可动连接，所述第三质量块M3可以绕平行于Y轴的转轴转动。

设置所述第一质量块M1与所述固定锚点A1之间、所述第二质量块M2与所述第一质量块M1之间、以及所述第三质量块M3与所述第二质量块M2之间均通过相应的弹簧梁S可动连接。可以通过设置弹簧梁S的分布以及对应可动连接位置的弹簧梁S结构，限制质量块的可动方向，使得第一质量块M1仅能在平行于Y轴的方向平动，使得第二质量块M2既可以在平行于X轴的方向平动，也可以在平行于Y轴的方向平动，使得第三质量块M3可以在平行于X轴的方向平动，且可以在平行于Y轴的方向平动，还可以绕平行于Y轴的转轴转动。为了简化制作工艺，降低制作成本，可以设置各质量块以及所述弹簧梁S由同一功能层图案化制备。可以通过半导体工艺，采用同一层材料制备各质量块以及所述弹簧梁S，该层材料可以为硅材料，以便于通过半导体工艺制备预设图案结构，形成各质量块以及所述弹簧梁S。

所述多个固定电极E分为第一电极组、第二电极组以及第三电极组。所述第一电极组、所述第二电极组以及所述第三电极组均具有多个所述固定电极E。所述第一电极组用于和所述第二质量块M2形成X轴检测电容，以检测沿X轴输入的加速度。所述第二电极组用于和所述第一质量块M1形成Y轴检测电容，以检测沿Y轴输入的加速度；所述第三电极组用于和第三质量块M3形成Z轴检测电容，以检测沿Z轴输入的加速度。

所述第一质量块M1具有第一镂空区域K1，所述固定锚点A1位于所述第一镂空区域K1内。所述第二质量块M2具有第二镂空区域K2，所述第一质量M1块位于所述第二镂空区域内K2。所述第三质量块M3具有第三镂空区域K3，所述第二质量块M2位于所述第三镂空区域内K3。

可选的，所述三轴电容式加速度计具有10个所述弹簧梁S。10个所述弹簧梁S依次为第1弹簧梁S1-第10弹簧梁S10。

第1弹簧梁S1-第4弹簧梁S4对称的设置在所述第一镂空区域K1内，用于连接所述固定锚点A1与所述第一质量块M1。所述第一镂空区域K1为矩形，该矩形在Y轴方向上相对的两边分别设置两个所述弹簧梁S。具体的，第1弹簧梁S1和第2弹簧梁S2位于同一边，第3弹簧梁S3和第4弹簧梁S4位于同一边，在Y轴方向上，第1弹簧梁S1和第3弹簧梁S3相对，第2弹簧梁S2和第4弹簧梁S4相对。

第5弹簧梁S5-第8弹簧梁S8对称的设置在所述第二镂空区域K2内，用于连接所述第一质量块M1与所述第二质量块M2。所述第二镂空区域K2为矩形，该矩形在X轴方向上相对的两边分别设置两个所述弹簧梁S。具体的，第5弹簧梁S5和第7弹簧梁S7位于同一边，第6弹簧梁S6和第8弹簧梁S8位于同一边，在X轴方向上，第7弹簧梁S7和第8弹簧梁S8相对，第5弹簧梁S5和第6弹簧梁S6相对。

第9弹簧梁S9和第10弹簧梁S10对称的设置在所述第三镂空区域K3内，用于连接所述第二质量块M2与所述第三质量块M3。所述第三镂空区域K3为矩形，该矩形在Y轴方向上相对的两边分别设置一个所述弹簧梁S。具体的，第9弹簧梁S9和第10弹簧梁S10的两线平行于Y轴且通过固定锚点A1。

可选的，所有所述弹簧梁S构成中心对称结构，所述固定锚点A1位于该中心对称结构的对称中心，且该中心对称结构具有平行于X轴的对称轴以及平行于Y轴的对称轴。

可选的，所述三轴电容式加速度计具有10个所述固定电极E，10个所述固定电极E依次为第1固定电极E-第10固定电极E10。

第1固定电极E1-第4固定电极E4位于所述第三镂空区域K3内，在Y轴方向上，第1固定电极E1和第2固定电极E2位于所述第二质量块M2的一端，第3固定电极E3和第4固定电极E4位于所述第二质量块M2的另一端，且第1固定电极E1和第3固定电极E3相对，第2固定电极E2和第4固定电极E4相对。

第5固定电极E5-第8固定电极E8位于所述第二镂空区域K2内，在Y轴方向上，第5固定电极E5和第6固定电极E6位于所述第一质量块M1的一端，第7固定电极E7和第8固定电极E8位于所述第一质量块M1的另一端，且第5固定电极E5和第7固定电极E7相对，第6固定电极E6和第8固定电极E8相对。

第9固定电极E9和第10固定电极E10位于所述基板11与所述第三质量块M3之间，在X轴方向上，第9固定电极E9和第10固定电极E10分别在所述第三镂空区域K3的外围两端。

本发明实施例所述三轴电容式加速度计中，所述固定电极E为梳齿电极，具有第一梳齿21。此时，与所述固定电极E形成检测电容的质量块具有与第一梳齿21相匹配的第二梳齿22。在其他实施方式中，所述固定电极E还可以为平板电极，无需设置所述第一梳齿21。

可选的，所述基板11表面具有8个电极基座A2，第1固定电极E1-第8固定电极E8与8个所述电极基座A2一一对应，所述电极基座A2表面用于设置对应的所述固定电极E。所述电极基座A2与所述固定锚点A1同时制备。制作方法与固定锚点A1的制作方法相同，可以参见上述描述，在此不再赘述。

现有的电容式加速度计中，温度漂移是影响其性能的主要参数之一。温度漂移的主要原因是温度变化导致应力变化，从而使得电容式加速度计结构发生形变，此时由于质量块本身形变同时，质量块相对于固定电极也有相对位移，所以检测电容将发生变化，导致输出的偏移。本发明实施例所述三轴电容式加速度计中，只用一个在结构中心的固定锚点A1来支撑可动部件PM，把所有的固定电极E相对于固定锚点A1对称分布，以降低温漂影响。

可选的，所有所述固定电极E构成中心对称结构，该中心对称结构具有平行于X轴的对称轴和平行于Y轴的对称轴，所述固定锚点A1位于该中心对称结构的对称中心。这样，当进行加速度检测时，可以避免外界应力对加速度检测的影响，降低了温漂。

参考图9，图9为图1所示三轴电容式加速度计检测检测沿X轴输入的加速度的原理示意图。所述X轴检测电容包括：第1固定电极E1和第3固定电极E3与所述第二质量块M2形成的第一检测电容组CX1，以及第2固定电极E2和第4固定电极E4和所述第二质量块M2形成的第二检测电容组CX2。第1固定电极E1和第3固定电极E3通过走线连接。第2固定电极E2和第4固定电极E4通过走线连接。

所述三轴电容式加速度计检测检测沿X轴输入的加速度时，所述第二质量块M2以及所述第三质量块M3在X轴方向上平行运动，如图9中水平箭头所示，所述第一质量块M1静止。所述第一检测电容组CX1与所述第二检测电容组CX2具有幅度相同且方向相反的变化，检测电路检测第一检测电容组CX1的变化量(△CX1)与第二检测电容组CX2的变化量(△CX2)的差值，计算沿X轴输入的加速度，即检测电路测量差分信号△CX1-△CX2的大小，反推得到输入X轴的加速度的大小。

检测检测沿X轴输入的加速度时，由于第一质量块M1静止不动，所以所述第三检测电容组CY1与所述第四检测电容组CY2将不产生变化。所述Y轴检测电容包括：第5固定电极E5和第6固定电极E6与所述第一质量块M1形成的第三检测电容组CY1，以及第7固定电极E7和第8固定电极E8和所述第一质量块M1形成的第四检测电容组CY2。第5固定电极E5和第6固定电极E6通过走线连接。第7固定电极E7和第8固定电极通过走线连接。此时，由于所述第三检测电容组CY1与所述第四检测电容组CY2不变化，Y轴输出对X轴的加速度输入有很好的解耦效果。同时，检测沿X轴输入的加速度时，同时利用了第二质量块M2以及第三质量块M3，提高检测效率。

参考图10，图10为图1所示三轴电容式加速度计检测检测沿Y轴输入的加速度的原理示意图。所述三轴电容式加速度计检测检测沿Y轴输入的加速度时，所述第一质量块M1、所述第二质量块M2以及所述第三质量块M3在Y轴方向上平行运动，如图10中竖直箭头所示。所述第三检测电容组CY1与所述第四检测电容组CY2具有幅度相同且方向相反的变化，检测电路检测第三检测电容组CY1的变化量(△CY1)与第四检测电容组CY2的变化量(△CY2)的差值，计算沿Y轴输入的加速度，即检测电路测量差分信号△CY1-△CY2的大小，反推得到输入Y轴的加速度的大小。此时，同时利用了所述第一质量块M1、第二质量块M2以及第三质量块M3，提高检测效率。

参考图11，图11为图1所示三轴电容式加速度计检测检测沿Y轴输入的加速度的原理示意图。所述Z轴检测电容包括：第9固定电极E9与所述第三质量块M3形成的第五检测电容组CZ1，以及第10固定电极E10和所述第三质量块M10形成的第六检测电容组CZ2。所述三轴电容式加速度计检测检测沿Z轴输入的加速度时，所述第三质量块M3绕着平行于Y轴的转轴转动；所述第一质量块M1与所述第二质量块M2静止。所述第五检测电容组CZ1与所述第六检测电容组CZ2具有幅度相同且方向相反的变化，检测电路检测第五检测电容组CZ1的变化量(△CZ1)与第六检测电容组CZ2的变化量(△CZ2)的差值，计算沿Z轴输入的加速度，即检测电路测量差分信号△CZ1-△CZ2的大小，反推得到输入Z轴的加速度的大小。

检测沿Z轴输入的加速度时，由于所述第一质量块M1与所述第二质量块M2静止，所以所述第一检测电容组CX1、所述第二检测电容组CX2、所述第三检测电容组CY1以及所述第四检测电容组CY2将不产生变化，也就是说，X轴和Y轴的输出对Z轴的加速度输入有很好的解耦效果。

本发明实施例所述三轴电容式加速度计中，整个可动部件只有一个固定锚点A以及相应的弹簧梁S即可实现整个可动部件各质量块之间的可动连接，该固定锚点A1位于整个三轴电容式加速度计的中心区域。并且，所有的固定电极E相对于所述固定锚点A1形成了完全对称的结构，使得在有外界应力(如温度变化导致固定电极E的热胀冷缩变化，进而导致固定电极E受到形变应力)输入的时候，所述第一检测电容组CX1与所述第二检测电容组CX2的变化幅度和方向相同，所述第三检测电容组CY1与所述第四检测电容组CY2的变化幅度和方向相同，所述第五检测电容组CZ1与所述第六检测电容组CZ2的变化幅度和方向相同。所以检测电路测量到的△CX1-△CX2，△CY1-△CY2，△CZ1-△CZ2都通过差值形式消除了外界应力的影响，也就是说本发明实施例所述三轴电容式加速度计大大减小了外界应力对加速度测量的影响，降低了温漂，提高了检测的准确性。通过上述描述可知，本发明实施例所述三轴电容式加速度计中，通过部分分享质量块，有效地提高了检测效率，增加了面积利用率，可以进一步降低三轴电容式加速度计的尺寸，以降低体积以及制作成本。另外，通过限定质量块的移动方向，实现质量块之间的解耦结构，降低了轴间交叉耦合。

同时，本发明实施例所述三轴电容式加速度计中，三个质量块通过弹簧梁S逐级连接，仅采用一个固定锚点A1，并设置所有固定电极E为相对于固定锚点A1的对称结构，使得：在检测X轴和Y轴加速度时，对应质量块是平动的，在检测Z轴加速度时，对应质量块是转动的；检测X轴减速度时，共享利用了检测Z轴加速度的第三质量块M3；在检测Y轴加速度时，共享利用了检测X轴加速度的第二质量块M2以及检测Z轴加速度的第三质量块M3，提高了检测效率；有为外界应力输入的时候，三个坐标轴的输出均无变化，大大降低了应力对三轴电容式加速度计的影响。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种三轴电容式加速度计，其特征在于，包括：基板、可动部件以及多个固定电极；

所述基板表面具有固定锚点；

所述可动部件设置在所述固定锚点上；所述可动部件具有第一质量块、第二质量块以及第三质量块；

所述第一质量块与所述固定锚点可动连接，所述第一质量块相对于所述固定锚点可以在平行于Y轴的方向移动；所述第二质量块与所述第一质量块可动连接，所述第二质量块相对于所述固定锚点可以在平行于X轴的方向移动，且可以在平行于Y轴的方向上移动；所述第三质量块与所述第二质量块可动连接，所述第三质量块可以绕平行于Y轴的转轴转动；

所述多个固定电极分为第一电极组、第二电极组以及第三电极组；所述第一电极组、所述第二电极组以及所述第三电极组均具有多个所述固定电极；所述第一电极组用于和所述第二质量块形成X轴检测电容，以检测沿X轴输入的加速度；所述第二电极组用于和所述第一质量块形成Y轴检测电容，以检测沿Y轴输入的加速度；所述第三电极组用于和第三质量块形成Z轴检测电容，以检测沿Z轴输入的加速度；

其中，在三维直角坐标系XYZ中，X轴与Y轴均平行于所述基板，Z轴垂直于所述基板。

2.根据权利要求1所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述第一质量块具有第一镂空区域，所述固定锚点位于所述第一镂空区域内；

所述第二质量块具有第二镂空区域，所述第一质量块位于所述第二镂空区域内；

所述第三质量块具有第三镂空区域，所述第二质量块位于所述第三镂空区域内。

3.根据权利要求2所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述第一质量块与所述固定锚点之间、所述第二质量块与所述第一质量块之间、以及所述第三质量块与所述第二质量块之间均通过相应的弹簧梁可动连接。

4.根据权利要求3所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述三轴电容式加速度计具有10个所述弹簧梁；10个所述弹簧梁依次为第1弹簧梁-第10弹簧梁；

第1弹簧梁-第4弹簧梁对称的设置在所述第一镂空区域内，用于连接所述固定锚点与所述第一质量块；所述第一镂空区域为矩形，该矩形在Y轴方向上相对的两边分别设置两个所述弹簧梁；

第5弹簧梁-第8弹簧梁对称的设置在所述第二镂空区域内，用于连接所述第一质量块与所述第二质量块；所述第二镂空区域为矩形，该矩形在X轴方向上相对的两边分别设置两个所述弹簧梁；

第9弹簧梁和第10弹簧梁对称的设置在所述第三镂空区域内，用于连接所述第二质量块与所述第三质量块；所述第三镂空区域为矩形，该矩形在Y轴方向上相对的两边分别设置一个所述弹簧梁。

5.根据权利要求3所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所有所述弹簧梁构成中心对称结构，所述固定锚点位于该中心对称结构的对称中心，且该中心对称结构具有平行于X轴的对称轴以及平行于Y轴的对称轴。

6.根据权利要求2所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述三轴电容式加速度计具有10个所述固定电极，10个所述固定电极依次为第1固定电极-第10固定电极；

第1固定电极-第4固定电极位于所述第三镂空区域内，在Y轴方向上，第1固定电极和第2固定电极位于所述第二质量块的一端，第3固定电极和第4固定电极位于所述第二质量块的另一端，且第1固定电极和第3固定电极相对，第2固定电极和第4固定电极相对；

第5固定电极-第8固定电极位于所述第二镂空区域内，在Y轴方向上，第5固定电极和第6固定电极位于所述第一质量块的一端，第7固定电极和第8固定电极位于所述第一质量块的另一端，且第5固定电极和第7固定电极相对，第6固定电极和第8固定电极相对；

第9固定电极和第10固定电极位于所述基板与所述第三质量块之间，在X轴方向上，第9固定电极和第10固定电极分别在所述第三镂空区域的外围两端。

7.根据权利要求6所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述X轴检测电容包括：第1固定电极和第3固定电极与所述第二质量块形成的第一检测电容组，以及第2固定电极和第4固定电极和所述第二质量块形成的第二检测电容组；

所述三轴电容式加速度计检测检测沿X轴输入的加速度时，所述第二质量块以及所述第三质量块在X轴方向上平行运动，所述第一质量块静止；

所述第一检测电容组与所述第二检测电容组具有幅度相同且方向相反的变化，检测电路检测第一检测电容组的变化量与第二检测电容组的变化量的差值，计算沿X轴输入的加速度。

8.根据权利要求6所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述Y轴检测电容包括：第5固定电极和第6固定电极与所述第一质量块形成的第三检测电容组，以及第7固定电极和第8固定电极和所述第一质量块形成的第四检测电容组；

所述三轴电容式加速度计检测检测沿Y轴输入的加速度时，所述第一质量块、所述第二质量块以及所述第三质量块在Y轴方向上平行运动；

所述第三检测电容组与所述第四检测电容组具有幅度相同且方向相反的变化，检测电路检测第三检测电容组的变化量与第四检测电容组的变化量的差值，计算沿Y轴输入的加速度。

9.根据权利要求6所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述Z轴检测电容包括：第9固定电极与所述第三质量块形成的第五检测电容组，以及第10固定电极和所述第三质量块形成的第六检测电容组；

所述三轴电容式加速度计检测检测沿Z轴输入的加速度时，所述第三质量块绕着平行于Y轴的转轴转动；所述第一质量块与所述第二质量块静止；

所述第五检测电容组与所述第六检测电容组具有幅度相同且方向相反的变化，检测电路检测第五检测电容组的变化量与第六检测电容组的变化量的差值，计算沿Z轴输入的加速度。

10.根据权利要求6所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述基板表面具有8个电极基座，第1固定电极-第8固定电极与8个所述电极基座一一对应，所述电极基座表面用于设置对应的所述固定电极。

11.根据权利要求1所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所有所述固定电极构成中心对称结构，该中心对称结构具有平行于X轴的对称轴和平行于Y轴的对称轴，所述固定锚点位于该中心对称结构的对称中心。