CN112703406B - 灵敏度提高的z-轴加速度计 - Google Patents

Abstract

公开具有嵌入式可移动结构的Z‑轴跷跷板加速度计。跷跷板加速度计可以包括嵌入的质量，该嵌入的质量从跷跷板梁枢转或在平面外平移。可以将枢转的或平移的嵌入的质量定位以通过提供比跷跷板梁本身更大的z轴位移来增加z‑轴加速度计的灵敏度。

Description

灵敏度提高的Z-轴加速度计

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2018年9月12日提交、代理人案号为G0766.70239US00、题目为“灵敏度提高的Z-轴加速度计”的美国临时专利申请序列No.16/129,755的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及微机电系统(MEMS)z-轴加速度计。

背景技术

z-轴加速度计可以包括响应于沿z轴的加速度而枢转的“跷跷板”梁。在较高的加速度频率下，梁的位移幅度可减小。

发明内容

公开具有嵌入式可移动结构的Z-轴跷跷板加速度计。跷跷板加速度计可以包括嵌入的质量，该嵌入的质量从跷跷板梁枢转或在平面外平移。可以将枢转的或平移的嵌入的质量定位以通过提供比跷跷板梁本身更大的z轴位移来增加z-轴加速度计的灵敏度。

根据本申请的方面，MEMS z-轴跷跷板加速度计包括：基板、锚、通过所述锚连接到所述基板并被配置为围绕第一轴线枢转的梁。第一轴线平行于基板。该梁相对于所述第一轴线不对称。MEMS z-轴跷跷板加速度计包括质量块，耦合到所述梁并且被配置为相对于所述梁围绕不同于所述第一轴线的第二轴线枢转。

根据本申请的方面，一种操作MEMS z-轴加速度计的方法。加速度计包括基板、锚、通过锚连接到基板的梁、和耦合到梁的质量块。该方法包括：使用至少一个感测电容来感测所述梁相对于所述基板的位置的指示；和输出指示所述至少一个感测电容的信号。所述梁被配置为围绕所述第一轴线枢转，并且第一轴线平行于基板。质量块被配置为相对于所述梁围绕除所述第一轴线之外的第二轴线并且平行于所述基板枢转。

根据本申请的方面，MEMS z-轴加速度计包括基板、锚、通过锚连接到基板的梁。所述梁被配置为围绕所述第一轴线枢转，并且第一轴线平行于基板。MEMS z-轴加速度计包括嵌入梁的质量块。质量块被配置为相对于所述梁的枢转平面垂直于平面外平移。

附图说明

将参考以下附图描述本申请的各个方面和实施例。应当理解，附图不一定按比例绘制。出现在多个图中的项目在所有出现的图中均用相同的参考数字表示。

图1A是具有枢转质量块的z-轴加速度计的一个实施例的侧视图；

图1B是具有枢转质量块的z-轴加速度计的一个实施例的侧视图；

图1C是具有枢转质量块的z-轴加速度计的一个实施例的顶视图；

图2是具有枢转质量块的z-轴加速度计的一个实施例的俯视图。

图3是具有枢转质量块的z-轴加速度计的一个实施例的俯视图。

图4是具有枢转质量块的z-轴加速度计的一个实施例的俯视图。

图5是具有枢转质量块的z-轴加速度计的一个实施例的俯视图。

图6是具有枢转质量块的z-轴加速度计的一个实施例的俯视图。

图7是具有枢转质量块的z-轴加速度计的一个实施例的俯视图。

图8A是具有平移质量块的z-轴加速度计的一个实施例的侧视图。

图8B是具有平移质量块的z-轴加速度计的一个实施例的侧视图。

图8C是具有平移质量块的z-轴加速度计的一个实施例的顶视图；

图9示出了根据本申请的非限制性实施例的汽车，其可以包括本文描述的类型之一的z-轴加速度计。

图10示出了根据本申请的非限制性实施例的一种工业设备，在该工业设备上布置了本文所述类型的三个z-轴加速度计。

具体实施方式

本申请的方面涉及一种具有枢转梁的MEMS z-轴加速度计，该枢转梁具有被配置为相对于梁移动的质量块。在各种实施例中，质量块可以配置成枢转离开梁的平面，配置成枢转离开梁的平面，或者在一些实施例中，配置成既枢转也平移离开梁的平面。可以至少在加速计的目标工作频率上，响应于z方向上的加速度，将耦合至梁的质量块配置为相对于基板以比梁更大的幅度运动。与不存在质量块的情况相比，质量块相对于梁的运动可能会导致加速度计的灵敏度提高。在一些实施例中，实现增加的灵敏度的频率范围可以包括2kHz至16kHz。在各种实施例中，工作频率可以是11.6kHz、12.1kHz或13.7kHz，但是其他频率也是可能的，并且本文描述的各个方面不限于这些特定频率。

发明人已经进一步认识到，可以使用被配置为相对于光束的枢转平面运动的质量块来增加枢转梁(或“跷跷板”)型z-轴加速度计的灵敏度。Z-轴跷跷板加速度计可包括基板、至少一个锚和耦合至至少一个锚并且被配置为绕平行于基板的第一轴线枢转的梁。然而，梁的位移幅度可能随着施加到加速度计的加速度的频率增加而减小，例如，随着施加的加速度的频率的平方减小而减小。因此，加速度计的灵敏度在较高的操作频率下可能会降低，因此在某些点上对某些较高的频率可能过于敏感而无法使用。发明人已经认识到即使在更高频率下也可以增加MEMS z-轴跷跷板加速度计的灵敏度的手段。在一些实施例中，该装置可以是质量块，该质量块耦合至梁并且被配置为相对于梁移动。耦合到梁的质量块由于在z方向上的加速度而具有的位移刚度与在z方向上的加速度所导致的位移的刚度不同。一些实施例可以包括两个或更多个相对于梁可移动的质量块。

根据本申请的一个方面，跷跷板加速度计包括被配置为绕第一轴线枢转的梁和被耦合至该梁并且被配置为绕与第一轴线不同的第二轴线相对于该梁枢转的质量块。该梁可以被支撑在基板上方或悬挂在基板上方，并且第一和第二轴可以平行于基板。在一些实施例中，第二轴线可以平行于第一轴线，或者在其他实施例中，第二轴线可以垂直于第一轴线。在一些实施例中，第二轴线可以平行于梁的平面。与没有枢转质量块的加速度计相比，质量块相对于梁的枢转运动可导致加速度计显示出更高的灵敏度，因为测试质量可以响应于第二输入加速度而提供更大的加速度计位移。

根据本申请的一个方面，跷跷板加速度计包括被配置为绕第一轴线枢转的梁和被耦合至该梁并被配置为从该梁平面外平移的质量块。即，在一些实施例中，质量块可以被配置为不绕第一轴线枢转。发明人已经认识到，耦合到跷跷板加速度计的波束并且被配置为相对于梁的枢转平面在平面外平移的质量块可以通过响应于输入加速度而提供更大的位移来增加加速度计的灵敏度。在一些实施例中，平面外平移可以相对于平面垂直。

本申请的各方面可以提供配置成不同布置的梁。在一些实施例中，梁可包括第一部分和第二部分。在一些实施例中，梁还包括第三部分。第一部分可以与第二部分相邻，并且第二部分可以在第一部分和第三部分之间。梁的第一部分和第二部分可以被第一轴线分开。在梁包括第一部分和第二部分的实施例中，第二部分可以具有比梁的第一部分更大的质量。在梁包括第一、第二和第三部分的实施例中，第二和第三部分的组合质量可以比梁的第一部分大。

根据本申请的方面，质量块可以相对于梁承担各种位置。在各种实施方案中，质量块可以耦合到梁的第一部分、梁的第二部分或梁的第三部分中的任何一个。在一些实施例中，质量块被嵌入在梁的一个或多个部分中。在一些实施例中，质量块被梁部分或完全包围。在一些实施例中，质量块可以不被嵌入在梁的一部分中，例如，质量块可以被耦合到梁的外边缘。在一些实施例中，梁可以布置在第一轴线的远侧的部分中，这可以增加加速度计的灵敏度。

本申请的各方面提供了质量块可以耦合到梁的各种取向。在一些实施例中，质量块包括靠近第一轴线的第一侧面和远离第一轴线的第二侧面。在各种实施例中，第一侧面可以耦合到梁，第二侧面可以耦合到梁，或者，在一些实施例中，质量块的第一侧面和第二侧面都可以耦合到梁。

根据本申请的一个方面，质量块可以通过各种结构耦合到梁。在一些实施例中，质量块可以通过至少一个弹簧或系绳耦合到梁。至少一个弹簧可以是至少一个扭转弹簧。至少一个弹簧可以是至少一个弯曲弹簧。在一些实施例中，弹簧包括扭转弹簧和弯曲弹簧。

根据本申请的方面，加速度计可以包括除了梁和质量块之外的结构。例如，可以提供感测、驱动和/或自检电极。在一些实施例中，可以包括信号电极，该信号电极可以是驱动和/或感测电极。在一些实施例中，电极设置在基板上，例如信号电极。在一些实施例中，在梁上提供电极。替代地或另外，梁本身可以形成一个或多个电极。电极可以由梁的第一、第二和第三部分中的任何一个形成或设置在其上。可以将电极设置在梁的一个或多个部分下方的基板上。在一些实施例中，存在两个或更多个电极，每个电极与梁的不同感测区域相关联。感测区域可以包括梁的面对电极的区域。感测区域可以包括包括质量块的梁的一部分、不包括质量块的梁的一部分、质量块或梁的其他结构。在一些实施例中，驱动电极可以用于向梁提供驱动信号。驱动信号可以是由第一驱动电极和第二驱动电极提供给梁的信号，第一驱动电极和第二驱动电极可以设置在梁下方的基板上。在至少一些实施例中，驱动信号可以是差分驱动信号。

梁和/或电极可感测梁相对于基板的位移。电极和梁可形成一个或多个感测电容器，其各自响应于梁的运动而在电极和梁之间提供变化的感测电容。一个或多个感测电容器可以提供差分输出或伪差分输出。在一些实施例中，梁可以提供差分输出。感测电容器的输出可用于确定加速度计的加速度。在具有被配置为相对于梁移动的质量块的配置中，与没有质量块的配置相比，感测电容器可以提供更高的灵敏度信号。质量块可能导致来自感测电容器的信号彼此之间不完全差分。

本申请的各方面可以提供一种被配置为提供该梁的两个或更多个基本相等的感测区域的梁。在一些实施例中，可以存在包括梁的一部分的第一感测区域和包括质量块的第二感测区域。在这些实施例中，配置梁使得第一和第二感测区域基本相等可能是有利的。

根据本申请的方面，梁可以包括一个或多个结构以提供两个或更多个基本相等的感测区域。在一些实施例中，梁可包括梁中的至少一个第一开口。第一开口可以邻近质量块。在一些实施例中，至少一个弹簧可以在梁中的至少一个第一开口处相邻。来自至少一个弹簧的横穿第一轴线的梁的一部分可以包括至少一个桩，该桩构造成占据与至少一个弹簧基本上相同的梁的面积。从至少一个第一开口横穿第一轴线的梁的部分可以包括至少一个第二开口，该至少一个第二开口构造成占据与至少一个第一开口基本相同的梁面积。所述至少一个弹簧、至少一个桩、至少一个第一开口和至少一个第二开口可以被构造成使得存在两个基本相等的感测面积。在一些实施例中，第一和第二开口可以为梁提供应力释放。

下面进一步描述上述方面和实施例以及附加方面和实施例。这些方面和/或实施例可以单独地，全部一起地或者以两个或更多个的任何组合来使用，因为本申请在这方面不受限制。

图1A是示出根据本申请的一个示例性实施例的MEMS z-轴加速度计的示意图。加速度计100可以是跷跷板加速度计，其在本文中可替代地被称为枢转梁加速度计。加速度计100可以被配置为感测z方向上的加速度。加速度计100可以包括梁110、质量块120、基板130和至少一个锚140。

在一些实施例中，梁110可响应于z方向上的加速度相对于基板130移动。图1A示出了当施加沿z方向的0g的加速度时，根据本申请的实施例的加速度计100的图示。图1B示出了当施加沿z方向的幅度大于0g的加速度时，根据本申请的实施例的加速度计100的图示。

在一些实施例中，梁100可以绕第一轴线192枢转。梁110可以布置在枢转平面中。第一轴线192可以与锚140对准，使得梁围绕锚枢转。在一些实施例中，第一轴线192相对于梁110在平面内。在一些实施例中，第一轴线192相对于基板基本平行。

根据本申请的方面，梁110可以布置在一个或多个部分中或包括一个或多个部分。在一些实施例中，梁110可包括第一部分112，与第一部分相邻的第二部分114以及与第二部分相邻的第三部分116。在一些实施例中，这些部分可以是基本矩形的。第一部分112可以通过梁绕其旋转的第一轴线192与第二部分114分开。在一些实施例中，第一部分112和第二部分114可以由除第一轴线192以外的轴线分开。在一些实施例中，第二部分114可以以基本上相似的方式与第三部分116分开。

可以将梁布置成使得由第一轴线192分开的梁110的两侧存在质量不平衡。第二部分114和第三部分116的组合质量可以大于第一部分112的质量，低于第一部分的总质量，或者在一些实施例中，与第一部分的组合质量基本相等。在第一部分112通过第一轴线192与第二部分114分开的实施例中，第二部分114和第三部分116可以一起形成梁的一部分。在第二部分114和第三部分116具有比第一部分112更大的质量的组合中，加速度计100可以是跷跷板加速度计。在至少一方面，梁110可以相对于轴线不对称。所述轴线可以是第一轴线192。在一些实施例中，梁110可以相对于x-y平面中的形状不对称。在一些实施例中，梁110关于质量分布可以是不对称的。梁110可以进一步包括布置成配置梁的质量和/或梁的不同部分的质量的开口或其他结构。第一部分112、第二部分114和第三部分116的质量可以被配置为使得梁110响应于z方向上的加速度而枢转。

本申请的各方面还可提供质量块120。质量块120可被配置为增加加速度计100对z方向上的加速度的灵敏度。在一些实施例中，质量块120可以相对于梁110移动。在一些实施例中，质量块相对于梁110移出平面。质量块可以相对于梁枢转和/或平移。在图1B和1C的说明性实施例中，质量块相对于梁绕基本平行于第一轴线192的第二轴线194枢转。

在一些实施例中，质量块120可绕第二轴线194枢转。第二轴线194可不同于第一轴线192。质量块120可被构造成响应于z方向的加速度而绕所述第二轴线194枢转。在图1C的说明性实施例中，质量块120可以绕基本平行于第一轴线192并且基本平行于基板130的第二轴线194枢转。在说明性实施例中，第二轴线194沿着垂直于第一轴线192的方向与第一轴线192间隔开。本申请不限于此，第二轴线194可以相对于第一轴线192以任何其他布置来配置。例如，第一轴线192可以布置成与第一轴线192基本上垂直，或以相对于第一轴线192基本不平行或垂直的角度布置。第一轴线192可以布置在梁110的平面内，或者可以布置在梁110的平面外。

在一些实施例中，质量块可以相对于梁以各种布置设置。在图1C的说明性实施例中，质量块120布置在梁110的第二部分114中。应用不受限于此方面，并且梁可以布置成其他布置。例如，在一些实施例中，质量块120被布置在梁110的第一部分112中或梁的第三部分116中。在一些实施例中，质量块120可以至少部分地嵌入在梁110的一个或多个部分中。在图1C的说明性实施例中，质量块120可以被布置为使得其在第二部分114被嵌入在梁110中。在一些实施例中，质量块120可以被梁110部分或完全围绕。在其他实施例中，质量块120可以耦合到梁110的外边缘，从而不嵌入到梁110的外边缘中，例如，如图4的说明性实施例所示。

根据本申请的各方面，质量块120以各种取向被耦合至梁。质量块120可以包括第一侧面122和第二侧面124。第一侧面122和第二侧面124可以被布置为基本上平行于第一轴线192。该应用不限于此方面，第一侧面122和第二侧面124可以基本上垂直于第一轴线192布置，或者可以以相对于第一轴线192基本不平行或垂直的角度布置。第一侧面122可以靠近第一轴线192，第二侧面124可以远离第一轴线192。在图1C的说明性实施例中，质量块120的第二侧面124耦合到梁110。应用在此方面不受限制，并且质量块120的任何侧可以耦合到梁110。在一些实施例中，质量块120的第一侧面122可以耦合到梁120。在其他实施例中，质量块120的除了第一侧面122或第二侧面124之外的一侧可以耦合到梁110。例如，在质量块基本上配置为矩形棱柱的配置中，质量块120的基本上垂直于第一侧面122和第二侧面124两者的一侧可以耦合到梁110。

质量块块120可以通过适当类型、形状、尺寸和方向的至少一个弹簧耦合到梁110。图1C示出了通过弹簧128耦合到梁110的质量块120。弹簧可以沿着第二轴线194布置，质量块120相对于梁110绕第二轴线194枢转。在图1C的说明性实施例中，质量块120通过四个扭转弹簧耦合到梁110。对于联接在质量块120和梁110之间的弹簧的数量，本申请不受限制，并且可以使用任何合适数量的弹簧。扭转弹簧可以是允许绕枢转轴线以一定的刚度枢转的结构，尽管本申请的扭转弹簧在这方面不受限制。在一些实施例中，相对于扭转弹簧，梁110和/或质量块120可以被认为是刚性的和/或刚性的。在一些实施例中，质量块通过至少一个弯曲弹簧耦合到梁。弯曲弹簧可以是允许从具有一定刚度的点平移的任何结构，尽管本申请的弯曲弹簧在这方面不受限制。在一些实施例中，相对于弯曲弹簧，梁110和/或质量块120可以被认为是刚性的和/或刚性的。弹簧128可以被构造成具有不同的长度、横截面积和材料特性，以实现期望的扭转和/或弯曲刚度和/或刚度。

本申请的各方面还可提供各种形状的质量块。在图1C所示的实施例中，质量块120的形状基本上为矩形棱柱。然而，应用不限于此方面，并且质量块120可以具有其他形状，例如，三棱柱或圆柱体。

根据本申请的方面，可以提供包括两个或更多个质量块的加速度计。当提供两个或更多个质量块时，在至少一个方面，它们各自可以被构造成与质量块120基本相似。当提供两个或更多个质量块时，它们可以相对于梁对称地布置。例如，两个或更多个质量块可以被配置为在基本上垂直于第一轴线布置的轴线上对称地反射和/或平移。在一些实施例中，两个或更多个质量块可以被布置为在第一轴线上对称地反射和/或平移。

在一些实施例中，梁110可以被布置为使得对于梁的每个部分存在基本相等的感测面积。所述梁可包括在梁110的远离质量块120的部分上和靠近质量块的梁的一部分上的各种组件，以构成所述部分的基本相等的感测面积。

梁110可以包括至少一个第一开口150。第一开口可以与质量块120相邻。第一开口150可以被配置为使得质量块120与梁110之间存在间隙，这可以允许质量块相对于梁自由移动。在图1C的说明性实施例中，邻近质量块120和梁110存在第一开口150。第一开口150可以围绕质量块120，并且第一开口可以被梁110围绕。

根据本申请的方面，第一开口150可以包括以各种布置构造的一个或多个侧面。第一开口150可以包括第一侧面152和第二侧面154。第一开口150可以包括除了第一侧面和第二侧面之外的一个或更多个侧面。

第一开口150的侧面可以以不同的尺寸布置。在图1C的说明性实施例中，第一开口150的第二侧面154比第一开口的第一侧面152宽。在一些实施例中，第一侧面152可以比第二侧面154宽，或者可以在宽度上基本上等于第二侧面。

第一开口150的侧面可以相对于梁以不同的角度布置。第一侧面152和第二侧面154可以基本平行于第一轴线192布置。本申请不限于此，并且第一侧面152和第二侧面154可以基本垂直于第一轴线192布置，或者可以相对于第一轴线192以基本上不平行或垂直的角度布置。

第一开口150的侧面可以相对于梁布置在不同的位置。在一些实施例中，第一侧面152可以靠近第一轴线192，第二侧面154可以在第一轴线192的远端。在其他实施例中，第一侧面152可以在第一轴线192的远端，而第二侧面154可以在第一轴线192的近端。

第一开口150可以相对于质量块120和/或弹簧128以各种构造布置。在一些实施例中，第一开口150的较宽的侧面可以是邻近质量块120的耦合到梁110的侧面的一侧。在一些实施例中，第一开口150的较宽侧可以邻近质量块120的布置有弹簧的一侧。在一些实施例中，弹簧128可以被布置在第一开口150的较宽的侧面中。在图1C的说明性实施例中，第二侧面154比第一侧面更宽，并且第二侧面与质量块120的第二侧面124相邻。在所示的实施例中，第二侧面124通过扭转弹簧128联接至梁110，并且弹簧128设置在第一开口的第二侧面154中。

在一些实施例中，可以将一个或多个结构布置在梁110上从质量块120跨过第一轴线192的一部分上。可以布置结构，使得与梁相关联的多个电极中的每个电极耦合至基本相等的感测区域。在加速度计具有两个电极的配置中，可以将结构配置为使得梁110的两个部分具有基本相等的感测面积。在图1C的说明性实施例中，质量块块120和第一开口150布置在梁的第二部分114中。在说明性实施例中，在梁110的第一部分112中布置有第二开口160，其从第一开口横穿第一轴线192。

在一些实施例中，梁110可包括至少一个第二开口160。第二开口160可以被布置为使得在与梁110的两个部分中的与第一轴线192或不同轴线相等的距离处，梁的感测面积基本相等。

根据本申请的方面，第二开口160可以包括以各种布置构造的一个或多个侧面。第二开口160可以包括第一侧面162和第二侧面164。第二开口160可以包括除了第一侧面和第二侧面之外的一个或更多个侧面。

第二开口160的侧面可以布置成不同的尺寸。在说明性实施例中，第一开口160的第二侧面164比第一开口的第一侧面162宽。在一些实施例中，第一侧面162可以比第二侧面164宽，或者可以在宽度上基本上等于第二侧面。

第二开口160的侧面可以相对于梁以不同的角度布置。第一侧面162和第二侧面164可以基本平行于第一轴线192布置。本申请不限于此，并且第一侧面162和第二侧面164可以基本垂直于第一轴线192布置，或者或可以相对于第一轴线192基本不平行或垂直的角度布置。

第二开口160的侧面可以相对于梁布置在不同的位置。在一些实施例中，第一侧面162可以靠近第一轴线192，第二侧面164可以在第一轴线192的远端。在其他实施例中，第一侧面162可以在第一轴线192的远端，而第二侧面154可以是第一轴线192的近端。

第二开口160和第一开口150可以在至少一个方面至少部分地对称。第二开口160和第一开口150可以在第一轴线192上至少部分地被反射和/或平移方面是至少部分对称的。第一开口的第一侧面152和第二开口的第一侧面162可以与第一轴线192等距和/或可以具有基本相等的宽度。第一开口150的第二侧面154和第二开口160的第二侧面164可以与第一轴线192等距和/或可以具有基本相等的宽度。第一开口150和第二开口160可以在x-y平面上占据基本相等的面积。

第二开口160可以包括至少一个桩168。桩168可以跨过开口160布置并且可以设置在第一侧面162、第二侧面164或另一侧中。设置在第二开口160的较宽侧中的桩168的一部分可以被构造成使得弹簧128和桩的一部分在x-y平面中占据基本相等的面积。在一些实施例中，桩168可以为梁110提供结构支撑。

尽管图1C示出了仅设置在开口160的第二侧164中的桩，但是应当理解，本申请的各方面在此方面不受限制。桩可以设置在开口的任何一侧，例如在第一侧面和第二侧面之间的一侧，或者如图8C所示在第一侧面(如下所述)。桩可以设置在第二开口的全部或大部分侧面。根据本申请的各方面，桩可以被配置为足够刚性或足够数量，这样即使在桩仅位于开口的单侧的情况下，如图1C所示，被第二开口包围的一部分梁也不会相对于该梁显着移动。

根据本申请的加速度计100可以包括基板130。在图1A和1B的说明性实施例中，基板130被布置在x-y平面中。可以通过锚将梁连接到基板，并且可以将梁布置在基板上方。梁可以被支撑在基板上方或悬挂在基板上方。在一些实施例中，可以通过布置在基板上的各种结构来实现对梁的悬挂或支撑。

在一些实施例中，基板130可以包括其他结构。在一些实施例中，基板130可包括一个或多个感测电极、驱动电极和/或自测电极。在图1A和1B的说明性实施例中，加速度计包括第一电极132、第二电极134和自测电极136。第一和第二电极132和134可包括驱动和/或感测电极。在说明性实施例中，电极设置在基板130上。在说明性实施例中，每个电极耦合到梁110的一部分。然而，本申请不限于此，电极可以以其他布置来配置，例如，在梁110上，或布置在不同的基板上。

第一电极132和第二电极134可以被配置为在不同的实施例中不同地操作。在一些实施例中，第一电极132和第二电极134可以提供驱动信号，其中梁110和/或质量块120被配置为提供从梁110和/或质量块120相对于基板的位移得出的感测信号。在一些实施例中，电极132和134可以被配置为提供指示梁110和/或质量块120相对于基板的位移的感测信号。

加速度计100可以包括感测(或感测)电容器。在一些实施例中，梁110可以与第一电极132和第二电极134中的每一个形成感测电容器。在图1A和1B的说明性实施例中，第一电极132面对梁110的第一部分112，作为第一感测部分，并形成第一感测电容器。第二电极134面对质量块120和梁110的第二部分114，作为第二感测部分，并形成第二感测电容器。应用不受限于此方面，并且每个电极可以面对梁110的任何部分或任何多个部分布置，和/或可以以质量块的任何布置面对质量块120布置，以形成各种感测电容器。可以配置梁的感测部分，使得它们包括面对电极的基本上相等的感测区域，如根据本申请所述。

感测电容器的电容可用于测量梁110的加速度。第一感测电容器的电容可随着梁110和基板130之间的距离变化而变化。第二检测电容器的电容可以随着质量块120和基板130之间的距离变化而变化。感测电容器的电容可以响应于梁110的位移而变化。从梁110的位移导出的信号可以用于找到加速度计在z方向上的加速度。

感测电容器可以提供输出信号，该输出信号指示由于梁的枢转和/或质量块的运动而引起的电容变化。在一些实施例中，梁可以提供可以用于指示加速度计的加速度的信号。第一感测电容器和第二感测电容器可以提供差分信号。第一感测电容器可以提供第一电容，第二感测电容器可以提供第二电容。第一电容和第二电容可以提供和/或可以被比较以提供差分或伪差分信号。也就是说，随着一个电容增大，另一电容可能减小。第二感测电容器可以提供第二电容，该第二电容相对于其中没有配置成相对于梁120移动的质量块的配置具有更高的幅度。第二感测电容器可以从第一感测电容器提供具有比第一电容更高的幅度的第二电容。至少在此方面，来自第一感测电容器和第二感测电容器的电容可以彼此基本不差分。即，一个信号的增加可能不对应于另一信号的基本相等的减少，反之亦然。耦接至梁的远离第一轴线192布置的部分的感测电容器可以提供更大幅度的信号。第一和第二感测电容器的电容可以用于确定在加速度计100的z方向上的加速度。

梁110可以提供差分或伪差分输出信号。在一些实施例中，梁110形成电极，该电极包括梁的与基板上的驱动电极相对的每个部分。梁的锚140可以电耦合到梁。锚140可以电耦合到设置在基板130上的导电迹线或其他结构。锚140可以将来自梁110的输出信号提供给迹线。

在一些实施方案中，梁110形成与第一感测电容器和第二感测电容器耦合的电极。锚140可以沿着x方向设置在第一感测电容器和第二感测电容器之间的梁的一部分中。锚140可以提供指示分别由第一感测电容器和第二感测电容器提供的第一电容和第二电容的差分信号。该信号可以是指示第一电容和第二电容的比较的输出信号。锚140可将输出信号提供给设置在基板130上的迹线。迹线可将信号提供给设置在基板上的装置或基板外部的装置。该设备可以包括被配置为处理输出信号以确定加速度的电路。

自测电极136可以被布置成面对梁110的未被电极132和134面对的一部分。在图1A和1B的说明性实施例中，自测电极136面对梁120的第三部分116。自测电极可以面对电子束的任何适当部分。自测电极136可以用于执行z轴加速度计的自检功能，但是可选地可以省略。

根据本申请的加速度计100还可以包括至少一个锚140。在图1C的说明性实施例中，提供了一个锚140。本申请在此方面不受限制，并且可以有任何合适数量的锚。。例如，在一些实施例中，可以存在两个或更多个锚，其可以沿着第一轴线192成一直线布置。锚140可以耦合到基板130。锚140可以被布置为使得梁110绕基本平行于基板的第一轴线192枢转。至少一个锚140可以沿着第一轴线192布置，使得梁110围绕锚枢转。在图1C的说明性实施例中，梁围绕锚140。应用在此方面不受限制，并且锚140可以相对于梁110布置在任何合适的位置。例如，在两个或两个以上锚的情况下，则这些锚可以布置在梁110的外边缘。在这种配置中，可以沿着第一轴线192布置锚，或者可以不沿着第一轴线192布置锚。锚140可以基本上居中布置相对于梁110的边缘在基本垂直于第一轴线192的方向上相对于梁110的边缘，或者可以布置成相对于梁110的边缘在基本垂直于第一轴线192的方向上基本不居中。

锚140可以通过适当类型、形状、尺寸和方向的至少一个弹簧耦合到梁110。在图1C的说明性实施例中，锚140通过两个弹簧142耦合到梁110。在图1C的说明性实施例中，弹簧142是扭转弹簧。在一些实施例中，弹簧142可以是扭转和/或弯曲弹簧。相对于弹簧142，梁110和/或锚固件140可以被认为是刚性的和/或刚性的。弹簧142可以被配置成具有不同的长度、横截面面积和材料特性，以实现期望的扭转和/或弯曲刚度和/或刚度。

在一些实施例中，梁110、质量块120、基板130、至少一个锚140和其他部件可以由导体和/或半导体材料(例如，多晶硅、硅或金属导体)形成。如果使用半导体材料，则可以适当地掺杂该材料以表现出期望的导电性。可以通过任何适当的制造工艺来形成部件。

根据本申请的方面，电子系统可以包括根据前述描述的加速度计。根据本申请的加速度计的电极可以电耦合至电路板。电路板可以电耦合到其他电子部件。在一些实施例中，加速度计可以耦合到各种外部组件。例如，加速度计可以电耦合到电源。在一些实施例中，加速度计可以电耦合至处理器，该处理器处理来自加速度计的信号。电路板可以是印刷电路板。可以在各种设置中部署电子系统以检测加速度，包括运动、医疗保健、军事和工业应用等。一些非限制性示例包括感测环境，例如汽车或其他车辆、工业设备(例如，用于工业机器健康监测)或可穿戴设备，例如个人健康监测器或健身追踪器。

如前所述的这种加速度计可以提供用于感测z方向上的加速度的期望的操作方法。所述加速度计可以包括基板、至少一个锚、通过所述至少一个锚连接到所述基板的梁，以及构造成相对于所述梁移动的质量块。梁可以绕第一轴线枢转。梁可以相对于第一轴线不对称。质量块可以被配置为移出梁平面。质量块可以被配置为相对于梁枢转和/或平移。质量块可以被配置为绕除第一轴线之外的第二轴线枢转。加速度计可以进一步包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极均可以布置在基板上。

根据一些实施例的方法包括：通过至少一个感测电容感测梁相对于基板的位置的指示；以及输出指示至少一个感测电容的信号。电极可以将驱动交流信号施加到梁。输出信号可以是基于电容的差分信号，该电容随着梁的旋转而变化。

该方法可以进一步包括：对第一输出信号和第二输出信号中的至少一个执行至少一个操作，以计算在z方向上施加到加速度计的加速度。例如，可以在逻辑或处理器中采用合适的算法来计算加速度。

已经关于前述内容描述了各个方面和实施例。然而，可以在本申请的范围内实施替代方案。

第一种替代配置

可以相对于图2描述z-轴加速度计的替代配置。加速度计200可以包括梁210、质量块220、基板和至少一个锚240。加速度计200可以包括通过质量块的第一侧面222耦合到梁210的质量块220，该第一侧面222邻近于梁围绕其旋转的第一轴线。

在至少一个方面，梁210可以被构造成与梁110基本相似。梁210可以被构造成绕第一轴线292枢转。在至少一个方面，第一轴292可以被构造成基本上与第一轴线292相似。梁210可包括第一部分212、第二部分214和第三部分216。在至少一个方面，第一部分212可被构造成与第一部分112基本相似。在至少一个方面，第二部分214可以与第二部分114基本相似。在至少一个方面，第三部分216可以与第三部分116基本相似。

在至少一方面，质量块220可以被构造成基本上类似于质量块120。质量块220可以被构造成绕第二轴线294枢转。在至少一方面，第二轴线294可以被构造成基本上类似于第二轴线194。质量块块220可以包括第一侧面222和第二侧面224。在至少一个方面，第一侧面222可以被构造成基本上类似于第一侧面122。在至少一个方面，第二侧面224可以被构造成基本上类似于第二侧面124。质量块块220可以通过至少一个弹簧228耦合到梁210，并且可以邻近至少一个第一开口250。在至少一个方面，弹簧228可以被构造成基本上类似于弹簧128。在图2的说明性实施例中，质量块220的第一侧面222通过弹簧228耦合到梁210。

在至少一个方面，第一开口250可以被构造成与第一开口150基本相似。第一开口250可以具有第一侧面252和第二侧面254。第一侧面252可以被构造为与第一侧面152基本相似。第二侧面254可以被构造成基本上类似于第二侧面154。在图2的说明性实施例中，第一开口250的第一侧面252比第一开口的第二侧面254宽。

梁210可以包括具有第一侧面262和第二侧面264的第二开口260，并且可以包括桩268。第二开口260可以与第二开口160基本相似地构造。第一侧面262可以与第一侧面162基本相似地构造。第二侧面264可以被构造成与第二侧面164基本相似。桩268可以被构造成与桩168基本相似。在图2的说明性实施例中，第二开口260的第一侧面262比第二开口的第二侧面264宽。

在至少一个方面，基板可以被构造成与基板130基本相似。基板可以包括第一电极、第二电极和自测试电极。在至少一个方面，第一电极可以被配置为与第一电极132基本相似。在至少一个方面，第二电极可以被配置为与第二电极134基本相似。在至少一个方面，电极可以被构造成基本上类似于自测电极136。

在图2的说明性实施例中，加速度计200包括一个锚240。在至少一方面，锚240可以被构造成与锚140基本相似。锚240可以通过弹簧242耦合至梁210。在至少一方面，弹簧242可被构造成与弹簧142基本相似。

第二种替代配置

可以相对于图3描述z-轴加速度计的替代配置。加速度计300可以包括梁310、质量块320、基板和至少一个锚340。加速度计300可以包括质量块320，该质量块320耦合到梁310的与梁绕其绕其旋转的第一轴线不相邻的部分。这样的配置可以提供加速度计对沿z方向的加速度的进一步增加的灵敏度。梁310的第二部分314在第一轴线392和质量块320之间，这可以导致质量块被布置在距第一轴线更远的距离处。在各种实施例中，质量块可以被布置在距第一轴线392的各种距离处。

在至少一个方面，梁310可以被构造成与梁110基本相似。梁310可以被构造成绕第一轴线392枢转。在至少一个方面，第一轴392可以被构造成基本上与第一轴线192相似。梁310可包括第一部分312、第二部分314和第三部分316。在至少一个方面，第一部分312可被构造成与第一部分112基本相似。在至少一个方面，第二部分314可以与第二部分114基本相似。在至少一个方面，第三部分316可以与第三部分116基本相似。

在至少一方面，质量块320可以被构造成与质量块120基本相似。质量块320可以被构造成绕第二轴线394枢转。在至少一方面，第二轴线394可以被构造成基本上类似于第二轴线194。质量块320可以包括第一侧面322和第二侧面324。在至少一个方面，第一侧面322可以被构造成基本上类似于第一侧面122。在至少一个方面，第二侧面324可以被构造成基本上类似于第二侧面124。质量块320可以通过至少一个弹簧328耦合到梁310，并且可以与至少一个第一开口350相邻。在至少一个方面，弹簧328可以被构造成基本上类似于弹簧128。在图3的说明性实施例中，质量块320被布置在梁310的第三部分316中。在说明性实施例中，质量320的第一侧面322通过弹簧328耦合到梁310。在此方面，应用不受限制，并且在一些实施例中，质量块320的其他侧面，例如质量块的第二侧面324，可以通过弹簧328耦合到梁310。

在至少一个方面，第一开口350可以被构造成与第一开口150基本相似。第一开口350可以具有第一侧面352和第二侧面354。第一侧面352可以与第一侧面152基本相似地构造。第二侧面354可被构造成基本上类似于第二侧面154。在图3的说明性实施例中，第一开口350的第一侧面352比第一开口的第二侧面354宽。

梁310可以包括具有第一侧面362和第二侧面364的第二开口360，并且可以包括桩368。第二开口360可以被构造成与第二开口160基本相似。第一侧面362可以被构造成基本类似于第一侧面162。第二侧面364可被构造成与第二侧面164基本相似。桩368可被构造成与桩168大致相似。在图3的说明性实施例中，第二开口360的第一侧面362比第二开口的第二侧面364宽。

在至少一个方面，基板可以被构造成与基板130基本相似。基板可以包括第一电极、第二电极和自测试电极。在至少一个方面，第一电极可以被配置为与第一电极132基本相似。在至少一个方面，第二电极可以被配置为与第二电极134基本相似。在至少一个方面，电极可以被构造成基本上类似于自检电极136。在图3的说明性实施例中，第二电极面对布置在梁310的第三部分316中的质量块320，并且自测电极面对梁的第二部分314。

在图3的说明性实施例中，加速度计300包括一个锚340。在至少一方面，锚340可以被构造成与锚140基本相似。锚340可以通过弹簧342联接至梁310。在至少一方面，弹簧342可被构造成与弹簧142基本相似。

第三替代配置

可以关于图4描述z-轴加速度计的替代配置。图4中所示的加速度计400可以包括梁410、质量块420、基板和至少一个锚440。加速度计400可以包括耦合到梁410的外边缘的质量块420。

在至少一个方面，梁410可以被构造成与梁110基本相似。该梁可以被构造成绕第一轴线492枢转。在至少一个方面，第一轴492可以被构造成基本上与第一轴线192相似。梁410可以包括第一部分412、第二部分414和第三部分416。在至少一个方面，第一部分412可以被构造成与第一部分112基本相似。在至少一个方面，第二部分414可以基本上与第二部分114类似地构造。在至少一个方面，第三部分416可以基本上与第三部分116类似地构造。

在至少一方面，质量块420可以被构造成与质量块120基本相似。质量块420可以被构造成绕第二轴线494枢转。在至少一方面，第二轴线494可以被构造成基本上类似于第二轴线194。质量块420可以包括第一侧面422和第二侧面424。在至少一个方面，第一侧面422可以被构造成与第一侧面122基本相似。在至少一个方面，第二侧面424可以被构造成基本上类似于第二侧面124。质量块420可以通过至少一个弹簧428被耦合到梁410，并且可以与至少一个第一开口450相邻。在至少一个方面，弹簧428可以被构造成基本上类似于弹簧128。在图4的说明性实施例中，质量块420被布置在梁410的第三部分416中。在说明性实施例中，质量块通过弹簧428耦合到梁410的外边缘，并且质量块不被梁包围。

在至少一个方面，第一开口450可以被构造成与第一开口150基本相似。梁410可以包括第二开口460，并且可以包括桩468。第二开口460可以与第二开口160基本相似地构造。桩468可以基本上类似于桩168被配置。

在至少一个方面，基板可以被构造成与基板130基本相似。基板可以包括第一电极、第二电极和自测试电极。在至少一个方面，第一电极可以被配置为与第一电极132基本相似。在至少一个方面，第二电极可以被配置为与第二电极134基本相似。在至少一个方面，电极可以基本上与自检电极136类似地配置。在图4的说明性实施例中，第二电极面对布置在梁410的第三部分416中的质量块420，并且自测电极面对梁的第二部分414。

在图4的说明性实施例中，加速度计400包括一个锚440。在至少一方面，锚440可被构造成与锚140基本相似。锚440可通过弹簧442联接至梁410。在至少一方面，弹簧442可以被构造成与弹簧142基本相似。

第四替代配置

可以关于图5描述z-轴加速度计的替代配置。加速度计500可以包括梁510、质量块520、基板和至少一个锚540。加速度计可以包括相对于锚540居中的梁510。梁510可包括开口，该开口构造成减小梁在其绕其枢转的第一轴线的一侧上的质量。

本申请的方面提供了在垂直于第一轴线的方向上相对于梁居中的至少一个锚。在一些实施例中，在梁的第一部分中可以存在第三开口，该第三开口被配置为使得梁的第二部分具有比第一部分更大的质量。在该实施例中，质量块可以耦合到梁的第一部分或第二部分。与锚不居中的配置相比，具有居中锚的配置可以在不存在z方向加速度的情况下提供接近于零的偏移，但是可以提供对z方向上加速度的较低敏感性。

在至少一个方面，梁510可以被构造成与梁110基本相似。梁510可以被构造成绕第一轴线592枢转。在至少一个方面，第一轴线592可以被构造成基本上与第一轴线192相似。在图5的说明性实施例中，在第一轴线592的远侧的梁510的边缘在基本上垂直于第一轴线的方向上相对于第一轴线基本居中。梁510可以在两个方向中的每个方向上与第一轴线592延伸基本相等的距离，两个方向中的每个基本垂直于第一轴线并且在梁的平面中。

梁510可以包括第一部分512、第二部分514和第三部分516。在至少一个方面，第一部分512可以被构造成与第一部分112基本相似。在至少一个方面，第二部分514可以基本上类似于第二部分114配置。第二部分514可以通过第一轴线592一分为二，分成与第二间隙560相邻的子部分和与第一间隙550相邻的子部分。在至少一个方面，第三部分516可以基本上类似于第三部分116配置。

该梁可以包括一个或多个结构，该一个或多个结构布置成在第一轴线592的一侧上配置梁510的质量。这些结构可以对梁510进行配置，以使得第一轴线592的一侧上的质量大于第一轴线592的另一侧上的质量。

梁510可以包括减小第一轴线592的一侧上的梁的质量的开口。在图5的说明性实施例中，梁的第二部分与第一轴线592相交。在说明性实施例中，梁510包括在梁的第二部分中，在第二部分514的远离质量块的一侧上的第三开口570。然而，本申请不限于此方面，并且在一些实施例中，梁510在梁的第二部分中，在第二部分的靠近质量块520的一侧上包括第三开口570，或者在一些实施例中，在梁的其他部分包括开口。第三开口570可以被配置为减小第一轴线592的一侧上的梁510的质量。在一些实施例中，梁510可以包括被配置为增加第一轴线592的一侧上的梁的质量的结构。根据本申请的其他加速度计可包括构造成增加和/或减小梁绕其绕其旋转的第一轴线的一侧上的梁的质量的结构。

在至少一方面，质量块520可以被构造成与质量块120基本相似。质量块520可以被构造成绕第二轴线594枢转。在至少一个方面，第二轴线594可以被构造成基本上类似于第二轴线194。质量块520可以包括第一侧面522和第二侧面524。在至少一个方面，第一侧面522可以被构造成基本上类似于第一侧面122。在至少一个方面，第二侧面524可基本上类似于第二侧面124配置。质量块520可以通过至少一个弹簧528耦合到梁510，并且可以邻近至少一个第一开口550。在至少一个方面，弹簧528可以被构造成基本上类似于弹簧128。在图5的说明性实施例中，质量块520布置在梁510的第三部分516中。在说明性实施例中，质量块520的第一侧面522通过弹簧528联接至梁510。然而，在此方面的应用不受限制，并且质量块520的其他侧面可以耦合到梁，例如，质量块的第二侧面524可以耦合到梁510。

在至少一个方面，第一开口550可以被构造成与第一开口150基本相似。第一开口550可以具有第一侧面552和第二侧面554。第一侧面552可以与第一侧面152基本相似地构造。第二侧面554可以被构造成基本上类似于第二侧面154。在图5的说明性实施例中，第一开口550的第一侧面552比第一开口的第二侧面554宽。

梁510可以包括具有第一侧面562和第二侧面564的第二开口560，并且可以包括桩568。第二开口560可以与第二开口160基本相似地构造。第一侧面562可以与第一侧面162基本相似地构造。第二侧面564可被构造成与第二侧面164基本相似。桩568可被构造成与桩168基本相似。在说明性实施例中，第二开口560的第一侧面562比第二开口的第二侧面564宽。

在至少一个方面，基板可以被构造成与基板130基本相似。基板可以包括第一电极、第二电极和自测电极。在至少一个方面，第一电极可以被配置为与第一电极132基本相似。在至少一个方面，第二电极可以被配置为与第二电极134基本相似。在至少一个方面，电极可以被构造成基本上类似于自测电极136。在图5的说明性实施例中，第二电极面对布置在梁510的第三部分516中的质量块520，并且自测电极面对梁的第二部分514。

在图5的说明性实施例中，加速度计500包括一个锚540。在至少一方面，锚540可以被构造成与锚140基本相似。锚540可以通过弹簧542联接至梁510。在至少一方面，弹簧542可被构造成与弹簧142基本相似。在图5的说明性实施例中，锚540相对于梁510的外边缘在x方向上基本居中。第一轴线592在x方向上相对于梁510的外边缘基本居中。加速度计500可以包括两个或更多个锚540，每个锚可以沿着第一轴线592布置，和/或可以相对于梁510的外边缘在x方向上居中。

第五替代配置

可以关于图6描述z-轴加速度计的替代配置。图6中所示的加速度计600可以包括梁610、质量块620、基板和至少一个锚640。加速度计600可以包括质量块620，质量块620绕配置成不同于平行于梁610枢转的轴线的角度的轴线枢转。

在至少一个方面，梁610可以被构造成与梁110基本相似。梁610可以被构造成绕第一轴线692枢转。在至少一个方面，第一轴692可以被构造成基本上类似于第一轴线692。梁610可以包括第一部分612、第二部分614和第三部分616。在至少一个方面，第一部分612可以被构造成与第一部分112基本相似。在至少一个方面，第二部分614可以与第二部分114基本相似。在至少一个方面，第三部分616可以与第三部分116基本相似。

在至少一个方面，质量块620可以被构造成与质量块120基本相似。质量块620可以被构造成绕第二轴线694枢转。在至少一个方面，第二轴线694可以被构造基本上类似于第二轴线194。质量块620可以包括第一侧面622和第二侧面624。在至少一个方面，第一侧面622可以被构造成与第一侧面122基本相似。在至少一个方面，第二侧面624可以基本上类似于第二侧面124配置。质量块620可以通过至少一个弹簧628耦合到梁610，并且可以邻近至少一个第一开口650。在至少一个方面，弹簧628可以被构造成基本上类似于弹簧128。

质量块620可以相对于梁以各种布置来配置。在图6的说明性实施例中，质量块620布置在梁610的第二部分614中。质量块可以布置在梁的第一或第三部分612或616中。在说明性实施例中，质量块620的侧面622通过弹簧628耦合至梁610。在说明性实施例中，侧面622基本垂直于第一轴线692。任何形状的质量块都可以通过其任意一侧与梁耦合。在说明性实施例中，弹簧628沿着基本上垂直于第一轴线692的第二轴线694布置。质量块620相对于梁610绕第二轴线694枢转。可以将第二轴线694布置成与第一轴线692成任何角度。

质量块620可以邻近至少一个第一开口650。在至少一个方面，第一开口650可以被构造成基本上类似于第一开口150。第一开口650可以具有第一侧面652和第二侧面654。第一侧面652可被构造成与第一侧面152基本相似。第二侧面654可被构造成与第二侧面154基本相似。在图6的说明性实施例中，第一开口650围绕质量块620并且被梁610围绕。在说明性实施例中，开口包括邻近弹簧628的第一侧面652，第一侧面652宽于横跨来自弹簧的质量块的第二开口656。

梁610可以包括具有第一侧面662和第二侧面664的第二开口660，并且可以包括桩668。第二开口660可以与第二开口160基本相似地构造。第一侧面662可以与第一侧面162基本相似地构造。第二侧面664可以被构造成与第二侧面164基本相似。桩668可以被构造成与桩168基本相似。在图6的说明性实施例中，在布置在梁610的第一部分612中的第一开口650上具有第二开口660，该第二开口660穿过第一轴线692。在说明性实施例中，第二开口包括从第一开口650的第一侧面652横穿第一轴线692的第一侧面662，其宽于第二开口的第二侧面664，第二开口664从第一开口的第二侧面654横穿第一轴线692布置。第二开口660的第一侧面662可以包括至少一个桩668，该桩668被配置为占据与弹簧628基本相同的面积。

在至少一个方面，基板可以被构造成与基板130基本相似。基板可以包括第一电极、第二电极和自测试电极。在至少一个方面，第一电极可以被配置为与第一电极132基本相似。在至少一个方面，第二电极可以被配置为与第二电极134基本相似。在至少一个方面，电极可以被构造成基本上类似于自测电极136。

在图6的说明性实施例中，加速度计600包括一个锚640。在至少一方面，锚640可以被构造成与锚140基本相似。锚640可以通过弹簧642联接至梁610。在至少一方面，弹簧642可被构造成与弹簧142基本相似。

第六种替代配置

可以相对于图7描述z-轴加速度计的替代配置。加速度计700可以包括梁710、质量块720、基板和至少一个锚740。加速度计700可以包括布置在梁710的第一部分中的质量块720。

在至少一个方面，梁710可以被构造成与梁110基本相似。梁710可以被构造成绕第一轴线792枢转。在至少一个方面，第一轴792可以被构造成基本上与第一轴线792相似。梁710可包括第一部分712、第二部分714和第三部分716。在至少一个方面，第一部分712可被构造成与第一部分112基本相似。在至少一个方面，第二部分714可以与第二部分114基本相似。在至少一个方面，第三部分716可以与第三部分116基本相似。

在至少一方面，质量块720可以被构造成与质量块120基本相似。质量块720可以被构造成绕第二轴线794枢转。在至少一方面，第二轴线794可以被构造成基本上类似于第二轴线194。质量块720可以包括第一侧面722和第二侧面724。在至少一个方面，第一侧面722可以被构造成与第一侧面122基本相似。在至少一个方面，第二侧面724可以被构造成基本上类似于第二侧面124。质量块720可以通过至少一个弹簧728耦合到梁710，并且可以与至少一个第一开口750相邻。在至少一个方面，弹簧728可以被构造成与弹簧128基本相似。在图7的说明性实施例中，质量块720被布置在梁710的第一部分716中。在说明性实施例中，质量块720的第二侧面724通过弹簧728耦合到梁710。质量块720的第一侧面722可以可选地耦合到梁710。

在至少一个方面中，第一开口750可以被构造成与第一开口150基本相似。第一开口750可以具有第一侧面752和第二侧面754。第一侧面752可以与第一侧面152基本相似地构造。第二侧面754可以被构造成基本上类似于第二侧面154。在图7的说明性实施例中，第一开口750的第二侧面754比第一开口的第一侧面752宽。

梁710可以包括具有第一侧面762和第二侧面764的第二开口760，并且可以包括桩768。第二开口760可以被构造成与第二开口160基本相似。第一侧面762可以大致与第一侧面162相似地构造。第二侧面764可以与第二侧面164基本上相似地构造。桩768可以与桩168基本上相似地构造。在图7的说明性实施例中，第二开口760布置在梁710的第二部分714中。在说明性实施例中，第二开口760的第二侧面764比第二开口的第一侧762宽。

在至少一个方面，基板可以被构造成与基板130基本相似。基板可以包括第一电极、第二电极和自测电极。在至少一个方面，第一电极可以被配置为与第一电极132基本相似。在至少一个方面，第二电极可以被配置为与第二电极134基本相似。在至少一个方面，电极可以被构造成与自测电极136基本相似。在图7的说明性实施例中，第一电极面对梁710的第二部分714。第二电极面对布置在梁710的第一部分712中的质量块720，并且自测电极面对梁的第三部分716。在一些实施例中，第一电极可以面对梁的第三部分，而自测电极可以面对梁的第二部分。

在图7的说明性实施例中，加速度计700包括一个锚740。在至少一方面，锚740可以被构造成与锚140基本相似。锚740可以通过弹簧742耦合至梁710。在至少一方面，弹簧742可以被构造成与弹簧142基本相似。

第七种替代配置

可以相对于图8A-8C描述z-轴加速度计的替代配置。在图8A-8C中示出的加速度计800可以包括梁810、质量块820、基板830和至少一个锚840。加速度计800可以包括质量块820，质量块820被配置为相对于梁810的枢转平面平移。

图8A示出了当施加沿z方向的0g的加速度时，根据本申请的实施例的加速度计800的图示。图8B示出了当施加沿z方向的幅度大于0g的加速度时，根据本申请的实施例的加速度计100的图示。该图示示出了质量块820相对于梁810在平面外平移。在一些实施例中，质量块820可以与梁的平面垂直地平移出平面。然而，本申请不限于此方面，并且质量块块820可以相对于梁枢转和/或平移。

如图8C所示，在至少一个方面中，梁810可以被构造成与梁110基本相似。梁810可以被构造成绕第一轴线892枢转。在至少一个方面中，第一轴线892可以被构造成与第一轴线192基本相似。梁810可以包括第一部分812、第二部分814和第三部分816。在至少一个方面，第一部分812可以与第一部分112基本相似的结构。在至少一个方面，第二部分814可以被构造成与第二部分114基本相似。在至少一个方面，第三部分816可以被构造成与第三部分116基本相似。

在至少一个方面，质量块820可以被构造成与质量块120基本相似。质量块820可以包括第一侧面822和第二侧面824。在至少一个方面，第一侧面822可以构造成基本与第一侧面122相似。在至少一个方面，第二侧面824可以与第二侧面124基本上相似。质量块820可以通过至少一个弹簧828耦合到梁810，并且可以邻近至少一个第一开口850。在至少一个方面，弹簧828可以被构造成基本上类似于弹簧128。在图8C的说明性实施例中，质量块820的第一侧面822通过四个弹簧828耦合到梁，第二侧面824通过四个弹簧828耦合到梁。在图8C的说明性实施例中，弹簧828是弯曲弹簧。然而，本申请不限于任何数量的弹簧或弯曲弹簧，并且可以将任何数量的类型的弹簧联接到质量块820。弯曲弹簧可以被配置为使得质量块820响应于z方向上的加速度平移和/或枢转出梁810的枢转平面。质量块820可以具有比不具有质量块的梁更高的幅度。

在至少一个方面，第一开口850可以被构造成与第一开口150基本相似。第一开口850可以具有第一侧面852和第二侧面854。第一侧面852可以与第一侧面152基本相似地构造。第二侧面854可被构造成与第二侧面154基本相似。在图8C的说明性实施例中，第一侧面852和第二侧面854具有基本相等的宽度。

梁810可以包括具有第一侧面862和第二侧面864的第二开口860，并且可以包括桩868。第二开口460可以与第二开口160基本相似地构造。第一侧面862可以与第一侧面162基本相似地构造。第二侧面864可被构造成与第二侧面164基本相似。桩868可被构造成与桩168大致相似。在图8C的说明性实施例中，第一侧面862和第二侧面864具有基本相等的宽度。

在至少一个方面，基板830可以与基板130基本类似地配置。基板830可以包括第一电极832、第二电极834和自测试电极836。在至少一个方面，第一电极832可以被配置为与第一电极132基本相似。在至少一个方面，第二电极834可以被配置为与第二电极134基本相似。在至少一个方面，自测电极836可以被配置为基本与自测电极136类似。

在图8C的说明性实施例中，加速度计800包括一个锚840。在至少一方面，锚840可以被构造成与锚140基本相似。锚840可以通过弹簧842耦合到梁810。在至少一方面，弹簧842可以被构造成与弹簧142基本相似。

还应当理解，虽然本公开描述了单轴加速度计的各种配置，但是根据本公开的两个或更多个加速度计可以结合使用以感测围绕同一装置中的两个或更多个轴的加速度。在一些实施例中，两个或更多个加速度计可以感测围绕两个或更多个垂直轴的加速度并且可以同时感测两个或更多个加速度。

本申请的一些实施例的一些应用包括低或高加速环境，包括但不限于汽车、可穿戴设备和机器健康监测。

图9示出了非限制性示例，其中在汽车中采用了本文所述类型的至少一个加速度计。在图9的示例中，汽车900包括通过有线或无线连接耦合至汽车的车载计算机904的控制单元902。控制单元902可包括本文所述类型的至少一个加速度计。作为非限制性示例，至少一个加速度计可以感测沿行驶方向和/或垂直于行驶方向的加速度。至少一个加速度计还可被配置为感测垂直加速度，例如，这可用于监视汽车900的悬架的状态。控制单元902可以从车载计算机904接收功率和控制信号，并且可以将本文所述类型的输出信号提供给车载计算机904。

图10示出了系统1000，该系统1000包括在此描述的耦合到一件工业设备1004的一种或多种类型的三个z-轴MEMS加速度计1002a、1002b和1002c。设备1004可以是电动机，尽管这不是一个非限制示例。加速度计1002a-1002c可以耦合到设备并且被配置为监视设备相对于相应轴线的振动。例如，加速度计1002a可以定向为检测z-轴加速度，加速度计1002by-轴加速度和加速度计1002c x-轴加速度。在替代实施例中，与三个不同的壳体的图示配置相反，两个或多个加速度计1002a-1002c可以被组合成单个包装或壳体。该系统可以无线通信由相应的加速度计产生的加速度数据。可以从设备1004的振动中收集为加速度计电路供电的能量。其他配置也是可能的。

本申请的各个方面可以提供一个或多个益处。现在列出了一些示例。应当理解的是，并非所有方面都必须提供所有益处，并且可以通过一个或多个方面来提供所列以外的益处。根据本申请的一些方面，提供了增加的z-轴跷跷板加速度计的灵敏度。在高工作频率下，增加的灵敏度可能特别明显或有益。例如，与常规设计相比，以2kHz至100kHz(或该范围内的任何值，作为非限制性示例)之间的频率操作的跷跷板加速度计可以表现出增加的灵敏度。

因此，已经描述了本申请技术的几个方面和实施例，应当理解，本领域普通技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进旨在在本申请中描述的技术的精神和范围内。因此，应当理解，前述实施方式仅以举例的方式给出，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以以不同于具体描述的方式来实践本发明的实施方式。另外，如果本文描述的两个或更多个特征、系统、物品、材料和/或方法的任何组合，如果这些特征，系统、物品、材料和/或方法不是相互矛盾的，则包括在本公开的范围内。

而且，如所描述的，一些方面可以体现为一种或多种方法。作为该方法的一部分执行的动作可以以任何合适的方式排序。因此，可以构造这样的实施例，其中，以与所示出的顺序不同的顺序来执行动作，即使在说明性实施例中被示为顺序动作，该动作也可以包括同时执行一些动作。

如本文所定义和使用的所有定义应被理解为控制字典定义，通过引用并入的文档中的定义和/或所定义术语的普通含义。

在一些实施方案中，术语“大约”、“基本上”和“大概”可用于表示目标值的±20％以内，在一些实施方案中表示目标值的±10％以内，在一些实施方案中表示目标值的±5％以内，在一些实施方案中表示目标值的±2％以内。术语“大约”和“大概”可以包括目标值。

Claims (19)

1.一种z-轴跷跷板加速度计，包括：

基板；

锚；

梁，通过所述锚连接到所述基板并被配置为围绕第一轴线枢转，所述第一轴线平行于所述基板，其中该梁相对于所述第一轴线不对称；和

质量块，耦合到所述梁并且被配置为相对于所述梁围绕不同于所述第一轴线的第二轴线枢转，其中所述质量块在一侧耦合到所述梁，并且其中所述第二轴线平行于所述一侧并且与所述梁位于同一平面内。

2.如权利要求1所述的加速度计，其中所述质量块包括靠近所述第一轴线的第一侧和远离所述第一轴线的第二侧，并且所述质量块的耦合到所述梁的一侧是第一侧。

3.如权利要求1所述的加速度计，其中所述质量块包括靠近所述第一轴线的第一侧和远离所述第一轴线的第二侧，并且所述质量块的耦合到所述梁的一侧是第二侧。

4.如权利要求1所述的加速度计，其中所述梁还包括：

耦合到所述梁和所述质量块的弹簧；

位于第一轴线的与所述弹簧的相反侧的多个桩；

其中，所述桩被配置为占据所述梁的与所述弹簧基本相同量的面积。

5.如权利要求1所述的加速度计，其中所述锚相对于所述梁在垂直于所述第一轴线的方向居中。

6.如权利要求1所述的加速度计，其中所述梁包括由所述第一轴线隔开的第一部分和第二部分，所述第二部分的质量大于所述第一部分的质量，其中所述质量块耦合到所述梁的第一部分。

7.如权利要求1所述的加速度计，其中所述梁包括由所述第一轴线隔开的第一部分和第二部分，所述第二部分的质量大于所述第一部分的质量,其中所述质量块耦合到所述梁的第二部分。

8.如权利要求1所述的加速度计，还包括布置在所述基板上并被配置为感测所述基板和所述质量块之间的电容的电路。

9.如权利要求1所述的加速度计，还包括布置在所述基板上的电极，其中所述质量块被配置为当所述质量块朝着所述电极枢转时所述质量块与所述电极间隔比所述梁与所述电极间隔更短的距离。

10.如权利要求1所述的加速度计，其中所述第二轴线基本平行于所述第一轴线。

11.一种操作z-轴加速度计的方法，该加速度计包括基板、锚、通过所述锚连接至所述基板的梁、以及耦合到所述梁的质量块，所述方法包括：

使用第一感测电容来感测所述梁的第一部分相对于所述基板的位置的指示，

使用第二感测电容来感测所述质量块相对于所述基板的位置的指示，所述质量块被耦合到所述梁的第二部分，以及

输出指示所述第一感测电容和所述第二感测电容的信号，

其中：

所述梁被配置为围绕第一轴线枢转，所述第一轴线平行于所述基板；

所述质量块被配置为相对于所述梁围绕除所述第一轴线之外的第二轴线并且平行于所述基板枢转；

所述第一感测电容具有第一幅度；

所述第二感测电容具有大于所述第一幅度的第二幅度；和

输出信号包括输出所述第一感测电容和所述第二感测电容的差。

12.如权利要求11所述的方法，还包括通过移动所述质量块的自由侧来相对于所述梁枢转所述质量块，所述自由侧位于所述第一轴线和所述质量块到所述梁的连接点之间。

13.如权利要求11所述的方法，还包括通过移动所述质量块的自由侧来相对于所述梁枢转所述质量块，所述自由侧通过所述质量块到所述梁的连接点从所述第一轴线隔开。

14.如权利要求11所述的方法，其中所述质量块是第一质量块，并且其中所述z-轴加速度计包括第二质量块，所述第二质量块被配置为相对于所述梁枢转，其中所述方法还包括感测所述第二质量块相对于所述基板的位置。

15.一种z-轴加速度计，包括：

基板；

锚；

梁，通过所述锚连接到所述基板并被配置为围绕第一轴线枢转，所述第一轴线平行于所述基板；

质量块，通过多个弹簧嵌入在所述梁中，并配置为相对于所述梁的枢转平面垂直地平面外平移；和

电路，布置在所述基板上并被配置为感测由所述基板和所述梁形成的第一电容器的第一电容以及由所述基板和所述质量块形成的第二电容器的第二电容。

16.如权利要求15所述的z-轴加速度计，其中所述梁具有相对于所述第一轴线的非对称质量，所述梁包括在所述第一轴线的第一侧上的第一质量部分和在所述第一轴线的第二侧上的第二质量部分，所述第一质量部分大于所述第二质量部分，并且其中所述质量块嵌入所述第一质量部分中。

17.如权利要求15所述的z-轴加速度计，其中所述梁具有相对于所述第一轴线的非对称质量，所述梁包括在所述第一轴线的第一侧上的第一质量部分和在所述第一轴线的第二侧上的第二质量部分，所述第一质量部分大于所述第二质量部分，并且其中所述质量块嵌入所述第二质量部分中。

18.如权利要求15所述的z-轴加速度计，还包括设置在所述基板上的电路，所述电路被配置为感测所述基板和所述梁之间的第一电容和所述基板和所述质量块之间的第二电容，所述电路被配置为处理表示所述第一电容和所述第二电容的至少一个信号。

19.如权利要求15所述的z-轴加速度计，其中所述梁相对于所述第一轴线不对称，并且其中所述质量块在所述第一轴线的一侧上嵌入梁中。