CN108801247A - 一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构 - Google Patents

一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及谐振式微加速度计，具体是一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构。本发明解决了现有谐振式微加速度计在输入的加速度较小时形成测量盲区、制造成本高、成品率低、功能受限的问题。一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构，包括三个尺寸相同的单谐振机构微加速度计；三个单谐振机构微加速度计的敏感轴线在同一平面内相交形成等腰直角三角形；所述单谐振机构微加速度计包括质量块和谐振机构；所述谐振机构包括左一大锚块、右一大锚块、左二大锚块、右二大锚块、左一方波状支撑梁、右一方波状支撑梁、左二方波状支撑梁、右二方波状支撑梁、中间锚块。本发明适用于军事导航、深空探测等高精尖领域。

Description

一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构
技术领域
本发明涉及谐振式微加速度计，具体是一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构。
背景技术
谐振式微加速度计是一种高精度的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)加速度传感器，其广泛应用于军事导航、深空探测等高精尖领域。在现有技术条件下，谐振式微加速度计普遍采用差分结构(包括两个质量块，且每个质量块上均加工有两个尺寸相同的谐振机构)，差分结构可以在一定程度上降低温漂，但其存在如下问题：其一，当输入的加速度较小时，同一个质量块上的两个谐振机构输出的谐振频率变化量十分接近，由此会产生结构耦合，从而形成测量盲区。其二，差分结构包括两对谐振机构，而加工两对谐振机构需要消耗大量耗材，由此导致制造成本高、成品率低。其三，差分结构无法测量环境温度，由此导致功能受限。基于此，有必要发明一种全新的谐振式微加速度计，以解决现有谐振式微加速度计在输入的加速度较小时形成测量盲区、制造成本高、成品率低、功能受限的问题。
发明内容
本发明为了解决现有谐振式微加速度计在输入的加速度较小时形成测量盲区、制造成本高、成品率低、功能受限的问题，提供了一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构，包括三个尺寸相同的单谐振机构微加速度计；三个单谐振机构微加速度计的敏感轴线在同一平面内相交形成等腰直角三角形；
所述单谐振机构微加速度计包括质量块和谐振机构；
所述谐振机构包括左一大锚块、右一大锚块、左二大锚块、右二大锚块、左一方波状支撑梁、右一方波状支撑梁、左二方波状支撑梁、右二方波状支撑梁、中间锚块、左横梁、右横梁、左小锚块、右小锚块、双端固定音叉、左一竖梁、右一竖梁、左二竖梁、右二竖梁、左三竖梁、右三竖梁、左四竖梁、右四竖梁、左梳状微谐振器、右梳状微谐振器；
质量块的左表面中部延伸设置有左凸块；质量块的右表面中部延伸设置有右凸块；质量块的前表面和后表面之间贯通开设有中心腔；左一方波状支撑梁的两端分别与左凸块的上表面和左一大锚块的下表面固定；右一方波状支撑梁的两端分别与右凸块的上表面和右一大锚块的下表面固定；左二方波状支撑梁的两端分别与左凸块的下表面和左二大锚块的上表面固定；右二方波状支撑梁的两端分别与右凸块的下表面和右二大锚块的上表面固定；左一竖梁的两端分别与中心腔的顶面左部和左横梁的上表面左端固定；右一竖梁的两端分别与中心腔的顶面右部和右横梁的上表面右端固定；左二竖梁的两端分别与中间锚块的下表面左部和左横梁的上表面右端固定；右二竖梁的两端分别与中间锚块的下表面右部和右横梁的上表面左端固定；左三竖梁的两端分别与左横梁的下表面右部和双端固定音叉的上固定座的上表面左部固定，且左三竖梁位于左二竖梁的左侧；右三竖梁的两端分别与右横梁的下表面左部和双端固定音叉的上固定座的上表面右部固定，且右三竖梁位于右二竖梁的右侧；左四竖梁的两端分别与左小锚块的下表面中部和双端固定音叉的下固定座的上表面左部固定；右四竖梁的两端分别与右小锚块的下表面中部和双端固定音叉的下固定座的上表面右部固定；左梳状微谐振器的谐振梁垂直固定于双端固定音叉的左叉臂的左表面中部；右梳状微谐振器的谐振梁垂直固定于双端固定音叉的右叉臂的右表面中部；
质量块的中轴线、中间锚块的中轴线、双端固定音叉的中轴线均重合且作为单谐振机构微加速度计的敏感轴线；单谐振机构微加速度计的敏感轴线的向上延伸方向定义为正方向。
工作时，三个单谐振机构微加速度计分别对输入的加速度进行测量。具体测量过程如下：质量块在加速度的作用下产生惯性力，该惯性力一方面依次经左一竖梁、左横梁、左三竖梁进行放大后作用于双端固定音叉，另一方面依次经右一竖梁、右横梁、右三竖梁进行放大后作用于双端固定音叉，由此使得双端固定音叉的谐振频率发生变化，从而使得左梳状微谐振器的谐振频率和右梳状微谐振器的谐振频率发生同步变化，左梳状微谐振器(或右梳状微谐振器)的谐振频率变化量即为谐振机构输出的谐振频率变化量(亦即单谐振机构微加速度计输出的谐振频率变化量)。然后，根据三个谐振机构输出的谐振频率变化量(亦即三个单谐振机构微加速度计输出的谐振频率变化量)，即可解算出平面内x轴、y轴方向输入的加速度以及环境温度。
基于上述过程，与现有谐振式微加速度计相比，本发明所述的一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构通过采用全新结构，具备了如下优点：其一，本发明中的每个质量块上仅加工一个谐振机构，因此当输入的加速度较小时，三个谐振机构输出的谐振频率变化量差别明显，由此有效避免了结构耦合，从而有效消除了测量盲区。其二，本发明仅需加工三个谐振机构，由此有效节省了耗材，从而有效降低了制造成本、有效提高了成品率。其三，本发明实现了环境温度的测量，由此具备了更丰富的功能。此外，本发明中三个单谐振机构微加速度计的敏感轴线可根据需要共同围成任意大小的等腰直角三角形，因此其能够灵活地适应各种使用场合。
还包括基板；三个单谐振机构微加速度计均安装于基板上。
一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构的标定方法(该方法用于标定本发明所述的一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构)，该方法是采用如下步骤实现的：
步骤S1：将阵列结构固定于旋转台的台面上；其中，旋转台的台面呈竖直设置，旋转台的0°位置竖直朝下；等腰直角三角形的直角顶点与旋转台的中心重合，等腰直角三角形的第一锐角顶点指向旋转台的90°位置，等腰直角三角形的第二锐角顶点指向旋转台的180°位置；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的第一直角边重合的单谐振机构微加速度计定义为第一个单谐振机构微加速度计，并保证第一个单谐振机构微加速度计的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第一锐角顶点；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的第二直角边重合的单谐振机构微加速度计定义为第二个单谐振机构微加速度计，并保证第二个单谐振机构微加速度计的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第二锐角顶点；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的斜边重合的单谐振机构微加速度计定义为第三个单谐振机构微加速度计，并保证第三个单谐振机构微加速度计的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第一锐角顶点；
然后，记录第二个单谐振机构微加速度计在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量；
步骤S2：在环境温度不变的条件下，缓慢转动旋转台，使得等腰直角三角形的第一锐角顶点依次指向旋转台的45°位置、0°位置、270°位置、225°位置、180°位置，并一一对应地依次记录第三个单谐振机构微加速度计在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量、第一个单谐振机构微加速度计在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量、第二个单谐振机构微加速度计在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量、第三个单谐振机构微加速度计在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量、第一个单谐振机构微加速度计在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量，由此得到三个单谐振机构微加速度计各自在±1g加速度作用下输出的谐振频率变化量；
步骤S3：将第一个单谐振机构微加速度计在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量减去其在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量后除以2，由此得出第一个单谐振机构微加速度计的标度因数；
将第二个单谐振机构微加速度计在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量减去其在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量后除以2，由此得出第二个单谐振机构微加速度计的标度因数；
将第三个单谐振机构微加速度计在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量减去其在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量后除以2，由此得出第三个单谐振机构微加速度计的标度因数。
一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构的解算方法(该方法是基于本发明所述的一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构实现的)，该方法是采用如下步骤实现的：
步骤S1：将其敏感轴线与等腰直角三角形的第一直角边重合的单谐振机构微加速度计定义为第一个单谐振机构微加速度计，并保证第一个单谐振机构微加速度计的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第一锐角顶点，同时保证第一个单谐振机构微加速度计的敏感轴线的正方向与平面内x轴的正方向一致；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的第二直角边重合的单谐振机构微加速度计定义为第二个单谐振机构微加速度计，并保证第二个单谐振机构微加速度计的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第二锐角顶点，同时保证第二个单谐振机构微加速度计的敏感轴线的正方向与平面内y轴的正方向一致；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的斜边重合的单谐振机构微加速度计定义为第三个单谐振机构微加速度计，并保证第三个单谐振机构微加速度计的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第一锐角顶点；
步骤S2：根据三个单谐振机构微加速度计输出的谐振频率变化量，解算出平面内x轴、y轴方向输入的加速度以及由环境温度引起的谐振频率变化量；具体解算公式如下：
式中：ax、ay分别表示平面内x轴、y轴方向输入的加速度；Agx、Agy分别表示由平面内x轴、y轴方向输入的加速度引起的谐振频率变化量；Aa、Ab、Ac分别表示第一个、第二个、第三个单谐振机构微加速度计输出的谐振频率变化量；At表示由环境温度引起的谐振频率变化量；SF表示标度因数；SFa、SFb、SFc分别表示第一个、第二个、第三个单谐振机构微加速度计的标度因数；
然后，根据由环境温度引起的谐振频率变化量，解算出环境温度。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有谐振式微加速度计在输入的加速度较小时形成测量盲区、制造成本高、成品率低、功能受限的问题，适用于军事导航、深空探测等高精尖领域。
附图说明
图1是本发明所述的一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构的结构示意图。
图2是本发明所述的一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构中单谐振机构微加速度计的结构示意图。
图3是本发明所述的一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构的标定方法的示意图。
图中：1-单谐振机构微加速度计，101-质量块，102a-左一大锚块，102b-右一大锚块，103a-左二大锚块，103b-右二大锚块，104a-左一方波状支撑梁，104b-右一方波状支撑梁，105a-左二方波状支撑梁，105b-右二方波状支撑梁，106-中间锚块，107a-左横梁，107b-右横梁，108a-左小锚块，108b-右小锚块，109-双端固定音叉，110a-左一竖梁，110b-右一竖梁，111a-左二竖梁，111b-右二竖梁，112a-左三竖梁，112b-右三竖梁，113a-左四竖梁，113b-右四竖梁，114a-左梳状微谐振器，114b-右梳状微谐振器，2-基板；虚线箭头表示单谐振机构微加速度计的敏感轴线的正方向。
具体实施方式
一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构，包括三个尺寸相同的单谐振机构微加速度计1；三个单谐振机构微加速度计1的敏感轴线在同一平面内相交形成等腰直角三角形；
所述单谐振机构微加速度计1包括质量块101和谐振机构；
所述谐振机构包括左一大锚块102a、右一大锚块102b、左二大锚块103a、右二大锚块103b、左一方波状支撑梁104a、右一方波状支撑梁104b、左二方波状支撑梁105a、右二方波状支撑梁105b、中间锚块106、左横梁107a、右横梁107b、左小锚块108a、右小锚块108b、双端固定音叉109、左一竖梁110a、右一竖梁110b、左二竖梁111a、右二竖梁111b、左三竖梁112a、右三竖梁112b、左四竖梁113a、右四竖梁113b、左梳状微谐振器114a、右梳状微谐振器114b；
质量块101的左表面中部延伸设置有左凸块；质量块101的右表面中部延伸设置有右凸块；质量块101的前表面和后表面之间贯通开设有中心腔；左一方波状支撑梁104a的两端分别与左凸块的上表面和左一大锚块102a的下表面固定；右一方波状支撑梁104b的两端分别与右凸块的上表面和右一大锚块102b的下表面固定；左二方波状支撑梁105a的两端分别与左凸块的下表面和左二大锚块103a的上表面固定；右二方波状支撑梁105b的两端分别与右凸块的下表面和右二大锚块103b的上表面固定；左一竖梁110a的两端分别与中心腔的顶面左部和左横梁107a的上表面左端固定；右一竖梁110b的两端分别与中心腔的顶面右部和右横梁107b的上表面右端固定；左二竖梁111a的两端分别与中间锚块106的下表面左部和左横梁107a的上表面右端固定；右二竖梁111b的两端分别与中间锚块106的下表面右部和右横梁107b的上表面左端固定；左三竖梁112a的两端分别与左横梁107a的下表面右部和双端固定音叉109的上固定座的上表面左部固定，且左三竖梁112a位于左二竖梁111a的左侧；右三竖梁112b的两端分别与右横梁107b的下表面左部和双端固定音叉109的上固定座的上表面右部固定，且右三竖梁112b位于右二竖梁111b的右侧；左四竖梁113a的两端分别与左小锚块108a的下表面中部和双端固定音叉109的下固定座的上表面左部固定；右四竖梁113b的两端分别与右小锚块108b的下表面中部和双端固定音叉109的下固定座的上表面右部固定；左梳状微谐振器114a的谐振梁垂直固定于双端固定音叉109的左叉臂的左表面中部；右梳状微谐振器114b的谐振梁垂直固定于双端固定音叉109的右叉臂的右表面中部；
质量块101的中轴线、中间锚块106的中轴线、双端固定音叉109的中轴线均重合且作为单谐振机构微加速度计1的敏感轴线；单谐振机构微加速度计1的敏感轴线的向上延伸方向定义为正方向。
还包括基板2；三个单谐振机构微加速度计1均安装于基板2上。
一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构的标定方法(该方法用于标定本发明所述的一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构)，该方法是采用如下步骤实现的：
步骤S1：将阵列结构固定于旋转台的台面上；其中，旋转台的台面呈竖直设置，旋转台的0°位置竖直朝下；等腰直角三角形的直角顶点O与旋转台的中心重合，等腰直角三角形的第一锐角顶点A指向旋转台的90°位置，等腰直角三角形的第二锐角顶点B指向旋转台的180°位置；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的第一直角边OA重合的单谐振机构微加速度计1定义为第一个单谐振机构微加速度计1，并保证第一个单谐振机构微加速度计1的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第一锐角顶点A；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的第二直角边OB重合的单谐振机构微加速度计1定义为第二个单谐振机构微加速度计1，并保证第二个单谐振机构微加速度计1的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第二锐角顶点B；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的斜边AB重合的单谐振机构微加速度计1定义为第三个单谐振机构微加速度计1，并保证第三个单谐振机构微加速度计1的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第一锐角顶点A；
然后，记录第二个单谐振机构微加速度计1在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量；
步骤S2：在环境温度不变的条件下，缓慢转动旋转台，使得等腰直角三角形的第一锐角顶点A依次指向旋转台的45°位置、0°位置、270°位置、225°位置、180°位置，并一一对应地依次记录第三个单谐振机构微加速度计1在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量、第一个单谐振机构微加速度计1在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量、第二个单谐振机构微加速度计1在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量、第三个单谐振机构微加速度计1在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量、第一个单谐振机构微加速度计1在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量，由此得到三个单谐振机构微加速度计1各自在±1g加速度作用下输出的谐振频率变化量；
步骤S3：将第一个单谐振机构微加速度计1在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量减去其在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量后除以2，由此得出第一个单谐振机构微加速度计1的标度因数；
将第二个单谐振机构微加速度计1在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量减去其在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量后除以2，由此得出第二个单谐振机构微加速度计1的标度因数；
将第三个单谐振机构微加速度计1在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量减去其在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量后除以2，由此得出第三个单谐振机构微加速度计1的标度因数。
一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构的解算方法(该方法是基于本发明所述的一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构实现的)，该方法是采用如下步骤实现的：
步骤S1：将其敏感轴线与等腰直角三角形的第一直角边OA重合的单谐振机构微加速度计1定义为第一个单谐振机构微加速度计1，并保证第一个单谐振机构微加速度计1的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第一锐角顶点A，同时保证第一个单谐振机构微加速度计1的敏感轴线的正方向与平面内x轴的正方向一致；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的第二直角边OB重合的单谐振机构微加速度计1定义为第二个单谐振机构微加速度计1，并保证第二个单谐振机构微加速度计1的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第二锐角顶点B，同时保证第二个单谐振机构微加速度计1的敏感轴线的正方向与平面内y轴的正方向一致；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的斜边AB重合的单谐振机构微加速度计1定义为第三个单谐振机构微加速度计1，并保证第三个单谐振机构微加速度计1的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第一锐角顶点A；
步骤S2：根据三个单谐振机构微加速度计1输出的谐振频率变化量，解算出平面内x轴、y轴方向输入的加速度以及由环境温度引起的谐振频率变化量；具体解算公式如下：
式中：ax、ay分别表示平面内x轴、y轴方向输入的加速度；Agx、Agy分别表示由平面内x轴、y轴方向输入的加速度引起的谐振频率变化量；Aa、Ab、Ac分别表示第一个、第二个、第三个单谐振机构微加速度计1输出的谐振频率变化量；At表示由环境温度引起的谐振频率变化量；SF表示标度因数；SFa、SFb、SFc分别表示第一个、第二个、第三个单谐振机构微加速度计1的标度因数；
然后，根据由环境温度引起的谐振频率变化量，解算出环境温度。

Claims (4)

1.一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构，其特征在于：包括三个尺寸相同的单谐振机构微加速度计(1)；三个单谐振机构微加速度计(1)的敏感轴线在同一平面内相交形成等腰直角三角形；
所述单谐振机构微加速度计(1)包括质量块(101)和谐振机构；
所述谐振机构包括左一大锚块(102a)、右一大锚块(102b)、左二大锚块(103a)、右二大锚块(103b)、左一方波状支撑梁(104a)、右一方波状支撑梁(104b)、左二方波状支撑梁(105a)、右二方波状支撑梁(105b)、中间锚块(106)、左横梁(107a)、右横梁(107b)、左小锚块(108a)、右小锚块(108b)、双端固定音叉(109)、左一竖梁(110a)、右一竖梁(110b)、左二竖梁(111a)、右二竖梁(111b)、左三竖梁(112a)、右三竖梁(112b)、左四竖梁(113a)、右四竖梁(113b)、左梳状微谐振器(114a)、右梳状微谐振器(114b)；
质量块(101)的左表面中部延伸设置有左凸块；质量块(101)的右表面中部延伸设置有右凸块；质量块(101)的前表面和后表面之间贯通开设有中心腔；左一方波状支撑梁(104a)的两端分别与左凸块的上表面和左一大锚块(102a)的下表面固定；右一方波状支撑梁(104b)的两端分别与右凸块的上表面和右一大锚块(102b)的下表面固定；左二方波状支撑梁(105a)的两端分别与左凸块的下表面和左二大锚块(103a)的上表面固定；右二方波状支撑梁(105b)的两端分别与右凸块的下表面和右二大锚块(103b)的上表面固定；左一竖梁(110a)的两端分别与中心腔的顶面左部和左横梁(107a)的上表面左端固定；右一竖梁(110b)的两端分别与中心腔的顶面右部和右横梁(107b)的上表面右端固定；左二竖梁(111a)的两端分别与中间锚块(106)的下表面左部和左横梁(107a)的上表面右端固定；右二竖梁(111b)的两端分别与中间锚块(106)的下表面右部和右横梁(107b)的上表面左端固定；左三竖梁(112a)的两端分别与左横梁(107a)的下表面右部和双端固定音叉(109)的上固定座的上表面左部固定，且左三竖梁(112a)位于左二竖梁(111a)的左侧；右三竖梁(112b)的两端分别与右横梁(107b)的下表面左部和双端固定音叉(109)的上固定座的上表面右部固定，且右三竖梁(112b)位于右二竖梁(111b)的右侧；左四竖梁(113a)的两端分别与左小锚块(108a)的下表面中部和双端固定音叉(109)的下固定座的上表面左部固定；右四竖梁(113b)的两端分别与右小锚块(108b)的下表面中部和双端固定音叉(109)的下固定座的上表面右部固定；左梳状微谐振器(114a)的谐振梁垂直固定于双端固定音叉(109)的左叉臂的左表面中部；右梳状微谐振器(114b)的谐振梁垂直固定于双端固定音叉(109)的右叉臂的右表面中部；
质量块(101)的中轴线、中间锚块(106)的中轴线、双端固定音叉(109)的中轴线均重合且作为单谐振机构微加速度计(1)的敏感轴线；单谐振机构微加速度计(1)的敏感轴线的向上延伸方向定义为正方向。
2.根据权利要求1所述的一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构，其特征在于：还包括基板(2)；三个单谐振机构微加速度计(1)均安装于基板(2)上。
3.一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构的标定方法，该方法用于标定如权利要求1所述的一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
步骤S1：将阵列结构固定于旋转台的台面上；其中，旋转台的台面呈竖直设置，旋转台的0°位置竖直朝下；等腰直角三角形的直角顶点(O)与旋转台的中心重合，等腰直角三角形的第一锐角顶点(A)指向旋转台的90°位置，等腰直角三角形的第二锐角顶点(B)指向旋转台的180°位置；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的第一直角边(OA)重合的单谐振机构微加速度计(1)定义为第一个单谐振机构微加速度计(1)，并保证第一个单谐振机构微加速度计(1)的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第一锐角顶点(A)；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的第二直角边(OB)重合的单谐振机构微加速度计(1)定义为第二个单谐振机构微加速度计(1)，并保证第二个单谐振机构微加速度计(1)的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第二锐角顶点(B)；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的斜边(AB)重合的单谐振机构微加速度计(1)定义为第三个单谐振机构微加速度计(1)，并保证第三个单谐振机构微加速度计(1)的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第一锐角顶点(A)；
然后，记录第二个单谐振机构微加速度计(1)在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量；
步骤S2：在环境温度不变的条件下，缓慢转动旋转台，使得等腰直角三角形的第一锐角顶点(A)依次指向旋转台的45°位置、0°位置、270°位置、225°位置、180°位置，并一一对应地依次记录第三个单谐振机构微加速度计(1)在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量、第一个单谐振机构微加速度计(1)在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量、第二个单谐振机构微加速度计(1)在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量、第三个单谐振机构微加速度计(1)在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量、第一个单谐振机构微加速度计(1)在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量，由此得到三个单谐振机构微加速度计(1)各自在±1g加速度作用下输出的谐振频率变化量；
步骤S3：将第一个单谐振机构微加速度计(1)在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量减去其在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量后除以2，由此得出第一个单谐振机构微加速度计(1)的标度因数；
将第二个单谐振机构微加速度计(1)在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量减去其在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量后除以2，由此得出第二个单谐振机构微加速度计(1)的标度因数；
将第三个单谐振机构微加速度计(1)在1g加速度作用下输出的谐振频率变化量减去其在-1g加速度作用下输出的谐振频率变化量后除以2，由此得出第三个单谐振机构微加速度计(1)的标度因数。
4.一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构的解算方法，该方法是基于如权利要求1所述的一种低温漂的谐振式微加速度计等腰直角三角形阵列结构实现的，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
步骤S1：将其敏感轴线与等腰直角三角形的第一直角边(OA)重合的单谐振机构微加速度计(1)定义为第一个单谐振机构微加速度计(1)，并保证第一个单谐振机构微加速度计(1)的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第一锐角顶点(A)，同时保证第一个单谐振机构微加速度计(1)的敏感轴线的正方向与平面内x轴的正方向一致；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的第二直角边(OB)重合的单谐振机构微加速度计(1)定义为第二个单谐振机构微加速度计(1)，并保证第二个单谐振机构微加速度计(1)的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第二锐角顶点(B)，同时保证第二个单谐振机构微加速度计(1)的敏感轴线的正方向与平面内y轴的正方向一致；
将其敏感轴线与等腰直角三角形的斜边(AB)重合的单谐振机构微加速度计(1)定义为第三个单谐振机构微加速度计(1)，并保证第三个单谐振机构微加速度计(1)的敏感轴线的正方向指向等腰直角三角形的第一锐角顶点(A)；
步骤S2：根据三个单谐振机构微加速度计(1)输出的谐振频率变化量，解算出平面内x轴、y轴方向输入的加速度以及由环境温度引起的谐振频率变化量；具体解算公式如下：
式中：ax、ay分别表示平面内x轴、y轴方向输入的加速度；Agx、Agy分别表示由平面内x轴、y轴方向输入的加速度引起的谐振频率变化量；Aa、Ab、Ac分别表示第一个、第二个、第三个单谐振机构微加速度计(1)输出的谐振频率变化量；At表示由环境温度引起的谐振频率变化量；SF表示标度因数；SFa、SFb、SFc分别表示第一个、第二个、第三个单谐振机构微加速度计(1)的标度因数；
然后，根据由环境温度引起的谐振频率变化量，解算出环境温度。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1844931A (zh) * 2006-05-23 2006-10-11 北京航空航天大学 一种谐振式微机械加速度计
DE102013208825A1 (de) * 2013-05-14 2014-11-20 Robert Bosch Gmbh Mikrostrukturbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Mikrostrukturbauelements
CN105258688A (zh) * 2015-10-30 2016-01-20 北京航天控制仪器研究所 具有温度应力补偿和振动解耦能力的硅微谐振加速度计
US9505607B2 (en) * 2015-03-27 2016-11-29 Intel Corporation Methods of forming sensor integrated packages and structures formed thereby
CN107687845A (zh) * 2017-09-11 2018-02-13 南京理工大学 一种转动输出的双质量块音叉角速率陀螺仪

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1844931A (zh) * 2006-05-23 2006-10-11 北京航空航天大学 一种谐振式微机械加速度计
DE102013208825A1 (de) * 2013-05-14 2014-11-20 Robert Bosch Gmbh Mikrostrukturbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Mikrostrukturbauelements
US9505607B2 (en) * 2015-03-27 2016-11-29 Intel Corporation Methods of forming sensor integrated packages and structures formed thereby
CN105258688A (zh) * 2015-10-30 2016-01-20 北京航天控制仪器研究所 具有温度应力补偿和振动解耦能力的硅微谐振加速度计
CN107687845A (zh) * 2017-09-11 2018-02-13 南京理工大学 一种转动输出的双质量块音叉角速率陀螺仪

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JING LI等: "Design and analysis of micromechanical", 《2012 8TH IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INSTRUMENTATION AND CONTROL TECHNOLOGY (ISICT) PROCEEDINGS》 *
钟莹等: "新型谐振式硅微机械加速度计", 《纳米技术与精密工程》 *

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