CN108490216A - 一种硅微谐振式加速度计 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种硅微谐振式加速度计，微机械杠杆机构的力臂远离锚体的一端固定在质量块上，谐振器的运动部件与力臂连接，并由力臂带动产生位移，谐振器关于质量块的中线对称设置，相互对称的两个谐振器的运动部件在受力后位移方向相反，谐振器关于质量块的中线对称设置，使得两个谐振器工作模态的谐振频率相等，两个谐振器分布在质量块的两端可以大大减小谐振结构的互扰，减小加速度计的噪声水平，并且，由于谐振器位于质量块的两端，可大大减小由于质量块加工不对称引起谐振结构的不对称振动，因此，大大降低了因工艺误差、温度变化与环境振动引起的漂移，从而从结构上有效的抑制了环境因素的干扰，有效提高了加速度计的灵敏度。

Description

一种硅微谐振式加速度计
技术领域
本发明涉及惯性导航系统用的配件，尤其涉及一种硅微谐振式加速度计。
背景技术
硅微机械电容式加速度计是检测外界加速度大小的一种惯性传感器，把外界加速度的变化转化为自身谐振器谐振子的运动，然后输出频率信号。近年来，随着微加工技术的进步，硅微加速度计的精度不断提高，有较高的精度和抗干扰能力等诸多优点，可以广泛应用于军事导航，深空探测等高精尖领域，具有极其广泛的应用前景。
加速度计作为惯性导航系统的关键器件，直接决定惯性导航系统的性能。在当今现代化高技术战争中，随着战场需求的日益复杂，战术武器的惯性导航系统在要求加速度计成本低、体积重量小、抗冲击能力强的同时，还要求高灵敏度。
现有技术中的谐振式加速度计均为上下分布形式，虽然具备了较高的灵敏度，但谐振器本身占据了质量块的中间位置，当质量块左右加工不对称时会导致谐振器左右谐振梁受力不均，同时，由于上下谐振器距离分布较近，谐振后也会产生一定的相互耦合，降低了加速度计的精度。
发明内容
本发明提供的一种硅微谐振式加速度计，旨在解决现有技术中的加速度计结构不合理、精度低的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种硅微谐振式加速度计，包括基底、活动连接在基底上的质量块、谐振器和微机械杠杆机构，所述微机械杠杆机构包括键合于所述基底上的锚体和转动连接在所述锚体上的力臂，所述力臂远离所述锚体的一端固定在所述质量块上，所述谐振器包括运动部件，每个运动部件由独立的力臂带动并产生位移，由力臂带动的运动部件位于定位该力臂的锚体与所述质量块之间，所述谐振器关于所述质量块的中线对称设置，并且，相互对称的两个谐振器的运动部件在受力后位移方向相反。
本发明提供的一种硅微谐振式加速度计，微机械杠杆机构的力臂远离锚体的一端固定在质量块上，谐振器的运动部件与力臂连接，并由力臂带动产生位移，谐振器关于质量块的中线对称设置，相互对称的两个谐振器的运动部件在受力后位移方向相反，谐振器关于质量块的中线对称设置，使得两个谐振器工作模态的谐振频率相等，两个谐振器分布在质量块的两端可以大大减小谐振结构的互扰，减小加速度计的噪声水平，并且，由于谐振器位于质量块的两端，可大大减小由于质量块加工不对称引起谐振结构的不对称振动，因此，大大降低了因工艺误差、温度变化与环境振动引起的漂移，从而从结构上有效的抑制了环境因素的干扰，有效提高了加速度计的灵敏度。另外，微机械杠杆机构的力臂较长，最大限度的放大了质量块的受力，提高了加速度计的机械灵敏度。
一种可选的方案，所述质量块的形状为长方体，所述力臂的长度不小于所述质量块的长度。
力臂的长度不小于质量块的长度，力臂可以对质量块的受力进行大幅度放大，提高了加速度计的灵敏度。
一种可选的方案，所述谐振器有两个，两个谐振器沿质量块的长度方向布置并且分别位于所述质量块的两端，两个微机械杠杆机构沿所述质量块的宽度方向布置并且分别位于所述质量块的两侧。
该布置方式使得两个谐振器之间具有较大的距离，从而可以有效地避免两个谐振器相互干扰，提高了加速度计的精度。
一种可选的方案，所述力臂与所述质量块连接的位置位于所述质量块的顶面的相对两个顶点上。
该布置方式使得力臂具有最大的长度，从而可以对质量块的受力进行最大限度的放大，提高了加速度计的灵敏度。
一种可选的方案，在所述质量块没有受到外界作用力时，设定一个多边形平面，所有锚体分别位于该多边形平面的顶点上，该多边形平面的中心与所述质量块的中心重合。
多边形平面的中心与质量块的中心重合，该设置使得质量块具有较高的稳定性能，并且，质量块移动时动作灵活且移动精度高，提高了加速度计的精度。
一种可选的方案，所述质量块通过微机械杠杆机构固定于所述基底上。
质量块固定牢固且运动灵活。
一种可选的方案，所述运动部件通过中间杆固定在所述力臂上。
谐振器的设置位置不受力臂位置的限制，优化了加速度计的性能。
一种可选的方案，所述力臂、所述中间杆与所述运动部件为一体式结构。
加速度计结构合理，在使用过程中不容易损坏，延长了加速度计的使用寿命。
与现有技术相比，本发明提供的一种硅微谐振式加速度计，具有如下优点：
1、谐振器之间干扰较小，大大提高了加速度计的精度。
2、质量块的位移量被微机械杠杆机构大幅度放大，从而提高了加速度计的灵敏度。
3、谐振器位于质量块的两端，该布置可以有效地减小质量块加工不均匀而引起的误差，提高了加速度器的精度。
附图说明
附图1是本发明一种硅微谐振式加速度计的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一种硅微谐振式加速度计作进一步说明。以下实施例仅用于帮助本领域技术人员理解本发明，并非是对本发明的限制。
现有技术中加速度计的工作原理为：质量块1受到外界作用力以后产生位移，该位移被微机械杠杆机构3放大，并且，微机械杠杆机构3带动谐振器2的运动部件6产生位移，进而使得谐振器2输出相应的信号，以此检测外界的作用力。
现有技术中的加速度计结构不合理，首先，现有技术中加速度计的谐振器2布置不合理造成相邻的谐振器2之间容易产生干扰，降低了谐振器2的精度。其次，现有技术中的微机械杠杆机构3不合理，造成杠杆的力臂5较短，从而造成加速度计的灵敏度较底。
本发明公开的技术方案旨在解决现有技术中加速度计的精度、灵敏度低的技术问题。
如图1所示，一种硅微谐振式加速度计，包括基底、活动连接在基底上的质量块1、谐振器2和微机械杠杆机构3，所述微机械杠杆机构3包括键合于所述基底上的锚体4和转动连接在所述锚体4上的力臂5，所述力臂5远离所述锚体4的一端固定在所述质量块1上，所述谐振器2包括运动部件6，每个运动部件6由独立的力臂5带动并产生位移，由力臂5带动的运动部件6位于定位该力臂5的锚体4与所述质量块1之间，所述谐振器2关于所述质量块1的中线对称设置，谐振器2关于质量块1的中线对称布置是指谐振器2分别位于质量块1的两端，以增大两个谐振器2之间的距离，避免两个谐振器2相互干扰；
相互对称的两个谐振器2的运动部件6在受力后位移方向相反，该方案主要用于实现谐振器2的工作，由于加速度计检测外界作用力时是比较两个谐振器2输出的频率差进行检测的，因此，两个谐振器2的运动部件6在受力后其位移方向是相反的，以使两个相互对称的谐振器2输出的频率之间具有较大的差值，便于检测。
该方案主要通过增大两个谐振器2之间的距离来避免两个谐振器2之间相互干扰，从而提高了加速度计的精度。
基于上述技术方案，以下实施例将使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案。
实施例1
如图1所示，在所述质量块1没有受到外界作用力时，设定一个多边形平面，所有锚体4分别位于该多边形平面的顶点上，该多边形平面的中心与所述质量块1的中心重合。
即，连接所有的锚体4形成一个封闭的多边形平面，在质量块1没有受到外界作用力时，质量块1的中心与多边形平面的中心重合，该限定主要用于限定质量块1相对于微机械杠杆机构3的位置，从而使得质量块1相对于微机械杠杆机构3具有正确的位置，减小由于质量块1加工不均匀而引起的误差，提高了加速度计的精度。
所述质量块1通过微机械杠杆机构3固定于所述基底上，质量块1相对于基底是悬空的，以利于质量块1的移动，因此，质量块1通过微机械杠杆机构3可以牢固地固定在基底上，并且，质量块1移动灵活。
所述运动部件6通过中间杆7固定在所述力臂5上，所述力臂5、所述中间杆7与所述运动部件6为一体式结构。中间杆7的设置使得谐振器2布置灵活，优化了加速度计的性能。
实施例2
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，本实施例列举一个具体的例子对本发明的结构进行详细介绍，但这种介绍仅是示例性的，并不是对本发明的限制。
如图1所示，所述质量块1的形状为长方体，质量块1通过微机械杠杆机构3固定于所述基底上，所述力臂5的长度不小于所述质量块1的长度，以对质量块1受到的作用力进行放大，利于相关配件的检测，所述谐振器2有两个，两个谐振器2沿质量块1的长度方向布置并且分别位于所述质量块1的两端，两个微机械杠杆机构3沿所述质量块1的宽度方向布置并且分别位于所述质量块1的两侧。
所述力臂5与所述质量块1连接的位置位于所述质量块1的顶面的相对两个顶点上。顶面的相对两个顶点是指力臂5与质量块1连接处的位置，该位置可以使力臂5具有最大的长度，从而使得微机械杠杆机构3可以对质量块1产生的位移进行放大，提高了加速度计的灵敏度。
以上结合附图对本发明的部分实施例进行了详细介绍。本领域技术人员阅读本说明书后，基于本发明的技术方案，可以对上述实施例进行修改，这些修改仍属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种硅微谐振式加速度计，包括基底、活动连接在基底上的质量块(1)、谐振器(2)和微机械杠杆机构(3)，其特征在于：所述微机械杠杆机构(3)包括键合于所述基底上的锚体(4)和转动连接在所述锚体(4)上的力臂(5)，所述力臂(5)远离所述锚体(4)的一端固定在所述质量块(1)上，所述谐振器(2)包括运动部件(6)，每个运动部件(6)由独立的力臂(5)带动并产生位移，由力臂(5)带动的运动部件(6)位于定位该力臂(5)的锚体(4)与所述质量块(1)之间，所述谐振器(2)关于所述质量块(1)的中线对称设置，并且，相互对称的两个谐振器(2)的运动部件(6)在受力后位移方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种硅微谐振式加速度计，其特征在于：所述质量块(1)的形状为长方体，所述力臂(5)的长度不小于所述质量块(1)的长度。
3.根据权利要求2所述的一种硅微谐振式加速度计，其特征在于：所述谐振器(2)有两个，两个谐振器(2)沿质量块(1)的长度方向布置并且分别位于所述质量块(1)的两端，两个微机械杠杆机构(3)沿所述质量块(1)的宽度方向布置并且分别位于所述质量块(1)的两侧。
4.根据权利要求3所述的一种硅微谐振式加速度计，其特征在于：所述力臂(5)与所述质量块(1)连接的位置位于所述质量块(1)的顶面的相对两个顶点上。
5.根据权利要求1所述的一种硅微谐振式加速度计，其特征在于：在所述质量块(1)没有受到外界作用力时，设定一个多边形平面，所有锚体(4)分别位于该多边形平面的顶点上，该多边形平面的中心与所述质量块(1)的中心重合。
6.根据权利要求1所述的一种硅微谐振式加速度计，其特征在于：所述质量块(1)通过微机械杠杆机构(3)固定于所述基底上。
7.根据权利要求1所述的一种硅微谐振式加速度计，其特征在于：所述运动部件(6)通过中间杆(7)固定在所述力臂(5)上。
8.根据权利要求7所述的一种硅微谐振式加速度计，其特征在于：所述力臂(5)、所述中间杆(7)与所述运动部件(6)为一体式结构。
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