CN112782426A - 包括一个或多个具有附加质量块的机械梁的谐振器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于确定振梁加速度计(VBA)的加速度的装置、系统和技术。例如，一种系统包括处理电路，该处理电路被配置为从第一谐振器接收指示第一机械梁的频率和第二机械梁的频率的一个或多个电信号，基于一个或多个电信号来确定第一机械梁的频率和第二机械梁的频率，以及基于第一机械梁的频率和第二机械梁的频率来计算检验质量块组件的加速度。

Description

包括一个或多个具有附加质量块的机械梁的谐振器
本申请要求2019年11月7日提交的美国临时专利申请62/932298号的 权益，该临时专利申请全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及振梁加速度计。
背景技术
加速度计通过检测检验质量块在惯性力下的位移或通过检测防止检验 质量块位移所需的力的大小来发挥作用。在一个示例中，加速度计可通过 连接在检验质量块与支撑基部之间的谐振器的频率变化来检测检验质量块 的位移。谐振器可被设计成改变与检验质量块在加速度下施加到谐振器的 负载成比例的频率。谐振器可电耦合至振荡器电路或其他信号生成电路， 这使得谐振器以谐振频率振动。
发明内容
一般来讲，本公开涉及用于确定一个或多个装置的加速度的装置、系 统和技术。例如，本文所述的振梁加速度计(VBA)可测量一个或多个谐 振器的频率，并且基于该一个或多个谐振器中的每个谐振器的相应频率来 计算VBA的加速度。谐振器可包括例如双端音叉(DETF)结构，该双端 音叉结构包括一对机械梁。VBA可以在该对机械梁中引起机械振动，使得 机械梁以谐振频率振动。谐振频率可以根据施加到谐振器的压力的大小或 施加到谐振器的张力的大小而变化。谐振器可连接至检验质量块，使得该 检验质量块被配置为根据VBA的加速度向谐振器施加张力或施加压力。这 样，谐振器的谐振频率可与VBA的加速度相关，并且处理电路可被配置为 基于谐振器的谐振频率来计算VBA的加速度。
在一些示例中，一种系统包括：检验质量块组件，该检验质量块组件 包括检验质量块；谐振器连接结构，其中该谐振器连接结构平行于长轴延 伸；铰链挠曲件，该铰链挠曲件被配置为将检验质量块连接至谐振器连接 结构，其中检验质量块响应于系统平行于谐振器连接结构的长轴的加速度 而围绕铰链挠曲件旋转；以及第一谐振器，该第一谐振器被配置为将检验 质量块连接至谐振器连接结构。该第一谐振器包括第一机械梁，该第一机械梁平行于长轴延伸，其中第一机械梁包括位于沿长轴的点处的第一质量 块；以及第二机械梁，该第二机械梁平行于长轴延伸，其中第二机械梁包 括位于沿长轴的点处的第二质量块。另外，该系统包括处理电路，该处理 电路被配置为从第一谐振器接收指示第一机械梁的频率和第二机械梁的频 率的一个或多个电信号，基于一个或多个电信号来确定第一机械梁的频率 和第二机械梁的频率，并且基于第一机械梁的频率和第二机械梁的频率来 计算检验质量块组件的加速度。
在一些示例中，一种方法包括由处理电路从第一谐振器接收指示第一 机械梁的频率和第二机械梁的频率的一个或多个电信号。一种检验质量块 组件包括：检验质量块；谐振器连接结构，其中该谐振器连接结构平行于 长轴延伸；铰链挠曲件，该铰链挠曲件被配置为将检验质量块连接至谐振 器连接结构，其中检验质量块响应于系统平行于谐振器连接结构的长轴的 加速度而围绕铰链挠曲件旋转；以及第一谐振器，该第一谐振器被配置为 将检验质量块连接至谐振器连接结构。该第一谐振器包括：第一机械梁， 该第一机械梁平行于长轴延伸，其中第一机械梁包括位于沿长轴的点处的 第一质量块；以及第二机械梁，该第二机械梁平行于长轴延伸，其中第二 机械梁包括位于沿长轴的点处的第二质量块。另外，该方法包括：由处理 电路并基于一个或多个电信号来确定第一机械梁的频率和第二机械梁的频 率；并且由处理电路并基于第一机械梁的频率和第二机械梁的频率来计算 检验质量块组件的加速度。
在一些示例中，一种装置包括：检验质量块；谐振器连接结构，其中 该谐振器连接结构平行于长轴延伸；铰链挠曲件，该铰链挠曲件被配置为 将检验质量块连接至谐振器连接结构，其中检验质量块响应于系统平行于 谐振器连接结构的长轴的加速度而围绕铰链挠曲件旋转；以及第一谐振 器，该第一谐振器被配置为将检验质量块连接至谐振器连接结构。该第一 谐振器包括：第一机械梁，该第一机械梁平行于长轴延伸，其中第一机械 梁包括位于沿长轴的点处的第一质量块；以及第二机械梁，该第二机械梁 平行于长轴延伸，其中第二机械梁包括位于沿长轴的点处的第二质量块。 第一谐振器被配置为输出指示第一机械梁的频率和第二机械梁的频率的一 个或多个电信号。
本发明内容旨在提供本公开中描述的主题的概述。不旨在提供以下附 图和说明书中详细描述的系统、装置和方法的排他性或详尽的说明。本公 开的一个或多个示例的另外的细节在以下附图和说明书中阐述。其他特 征、目的和优点将从说明书和附图以及从权利要求书中显而易见。
附图说明
图1是示出根据本公开的一种或多种技术的加速度计系统的框图。
图2是示出根据本公开的一种或多种技术的振梁加速度计(VBA)的 概念图。
图3A是示出根据本公开的一种或多种技术的包括支撑挠曲件并具有 谐振器的VBA的概念图。
图3B是示出根据本公开的一种或多种技术的具有支撑挠曲件并具有谐 振器的VBA的截面图的概念图。
图4A是示出根据本公开的一种或多种技术的具有附加质量块的第一 谐振器的概念图。
图4B是示出根据本公开的一种或多种技术的图4A的包括附加质量块 的第一谐振器的一部分的概念图。
图5A是示出根据本公开的一种或多种技术的形成间隙的第二谐振器 的概念图。
图5B是示出根据本公开的一种或多种技术的图5A的包括间隙的第二 谐振器的一部分的概念图。
图6是示出根据本公开的一种或多种技术的第一曲线图和第二曲线图 的图，第一曲线图表示作为附加质量块位置的函数的二次非线性系数，第 二曲线图表示作为附加质量块位置的函数的零加速度谐振频率差。
图7是示出根据本公开的一种或多种技术的用于确定VBA的加速度的 示例性操作的流程图。
类似的参考字符在整个说明书和附图中表示类似的元件。
具体实施方式
本公开涉及用于确定振梁加速度计(VBA)的加速度的装置、系统和 技术。例如，本公开涉及一种具有平面内检验质量块的VBA。根据本公开 的技术而配置的VBA可包括至少一个或多个谐振器、平面几何结构、支撑 基部与VBA之间的单个主要机械锚定件、将谐振器连接至单个主要锚定件 的谐振器连接结构以及将检验质量块机械地连接至单个主要锚定件的铰链 挠曲件。本公开的一种或多种技术规定了谐振器的机械梁如何可包括附加 质量块和/或形成间隙，这些附加质量块和/或间隙影响谐振器的相应谐振频 率并且影响相应谐振频率与VBA的加速度之间的关系。
在一些示例中，VBA可包括第一谐振器和第二谐振器，其中第一谐振 器和第二谐振器均连接至检验质量块。例如，第一谐振器和第二谐振器可 连接至检验质量块，使得当检验质量块向第二谐振器施加压力时检验质量 块向第一谐振器施加张力，并且当检验质量块向第二谐振器施加张力时检 验质量块向第一谐振器施加压力。在一些情况下，处理电路可被配置为计 算第一谐振器的谐振频率与第二谐振器的谐振频率之间的差值，并且基于 该差值计算VBA的加速度。例如，第一谐振器的谐振频率与第二谐振器的 谐振频率之间的差值可以与VBA的加速度具有近似线性的关系。例如，该 关系可包括表示谐振频率的差值与VBA的加速度之间的非线性关系的二次 非线性系数(K2)。
在一些示例中，第一谐振器可包括第一机械梁和第二机械梁，并且第 二谐振器可包括第三机械梁和第四机械梁。第一机械梁和第二机械梁可各 自包括一个或多个“附加质量块”，其中相应的附加质量块影响第一谐振 器的谐振频率和二次非线性系数。第三机械梁和第四机械梁可各自包括一 个或多个间隙，而附加质量块位于第一机械梁和第二机械梁上。例如，第 一谐振器和第二谐振器可以基本上相同，不同的是第二谐振器在一个或多个位置中形成间隙，而第一谐振器包括附加质量块。
本公开的技术可提供一个或多个优点。例如，由第一机械梁和第二机 械梁包括的相应附加质量块以及由第三机械梁和第四机械梁形成的相应间 隙可确保对应于谐振频率的差值与VBA的加速度之间的关系的二次非线性 系数为零或接近于零(例如，小于5微克/克平方(μg/g2))。与二次非线 性系数大于本文所述的VBA的二次非线性系数的系统相比，二次非线性系 数为零或接近于零的系统可能更有利于准确地计算VBA的加速度。另外， 由机械梁形成的相应附加质量块和间隙可确保在VBA的加速度为零米/秒 平方(m/s2)时，第一谐振器的谐振频率与第二谐振器的谐振频率之间的差 值不为零。与第一谐振器和第二谐振器在零加速度时的相应谐振频率的差 值为零或比本文所述的系统更接近于零的系统相比，可能有利的是，第一 谐振器和第二谐振器在零加速度时的相应谐振频率的差值不为零，以便减 小第一谐振器与第二谐振器之间的干扰。
图1是示出根据本公开的一种或多种技术的加速度计系统100的框 图。如图1所示，加速度计系统100包括处理电路102、谐振器驱动电路 104A至104B(统称为“谐振器驱动电路104”)和检验质量块组件110。 检验质量块组件110包括检验质量块112、谐振器连接结构116、第一谐振 器120和第二谐振器130。第一谐振器120包括第一机械梁124A和第二机械梁124B(统称为“机械梁124”)，以及第一组电极128A、第二组电极 128B和第三组电极128C(统称为“电极128”)。第二谐振器130包括第 三机械梁134A和第四机械梁134B(统称为“机械梁134”)，以及第四 组电极138A、第五组电极138B和第六组电极138C(统称为“电极138”)。
在一些示例中，加速度计系统100可被配置为基于连接至检验质量块 112的第一谐振器120和第二谐振器130中的一者或两者的所测量的振动频 率来确定与物体(图1中未示出)相关联的加速度。在一些情况下，第一 谐振器120和第二谐振器130的振动分别由谐振器驱动电路104A和谐振器 驱动电路104B发射的驱动信号引起。继而，第一谐振器120可输出第一组 感测信号，并且第二谐振器130可输出第二组感测信号，并且处理电路102 可基于第一组感测信号和第二组感测信号来确定物体的加速度。
在一些示例中，处理电路102可包括一个或多个处理器，这些处理器 被配置为实现用于在加速度计系统100内执行的功能和/或处理指令。例 如，处理电路102能够处理存储在存储装置中的指令。处理电路102可包 括例如微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编 程门阵列(FPGA)或者等效的离散或集成逻辑电路或者前述任何装置或电路 的组合。因此，处理电路102可包括任何合适的结构，无论是在硬件、软 件、固件，或它们的任何组合中，以执行本文赋予处理电路102的功能。
存储器(图1中未示出)可被配置为在操作期间将信息存储在加速度 计系统100内。存储器可包括计算机可读存储介质或计算机可读存储装 置。在一些示例中，存储器包括短期存储器或长期存储器中的一种或多 种。存储器可包括例如随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、磁盘、光盘、闪存存储器、或 者电可编程存储器(EPROM)或电可擦除可编程存储器(EEPROM)的形式。 在一些示例中，存储器用于存储由处理电路102执行的程序指令。
在一些示例中，谐振器驱动电路104A可电耦合至第一谐振器120。谐 振器驱动电路104A可将第一组驱动信号输出到第一谐振器120，使得第一 谐振器120以谐振频率振动。另外，在一些示例中，谐振器驱动电路104A 可从第一谐振器120接收第一组感测信号，其中第一组感测信号可指示第 一谐振器120的机械振动频率。谐振器驱动电路104A可将第一组感测信号 输出到处理电路102以进行分析。在一些示例中，第一组感测信号可表示 数据流，使得处理电路102可实时或接近实时地确定第一谐振器120的机 械振动频率。
在一些示例中，谐振器驱动电路104B可电耦合至第二谐振器130。谐 振器驱动电路104B可将第二组驱动信号输出到第二谐振器130，使得第二 谐振器130以谐振频率振动。另外，在一些示例中，谐振器驱动电路104B 可从第二谐振器130接收第二组感测信号，其中第二组感测信号可指示第 一谐振器130的机械振动频率。谐振器驱动电路104B可将第二组感测信号 输出到处理电路102以进行分析。在一些示例中，第二组感测信号可表示 数据流，使得处理电路102可实时或接近实时地确定第二谐振器130的机 械振动频率。
检验质量块组件110可使用第一谐振器120和第二谐振器130将检验 质量块112固定到谐振器连接结构116。例如，可利用铰链挠曲件114将检 验质量块112沿第一方向固定到谐振器连接结构116。可利用第一谐振器 120和谐振器130将检验质量块112沿第二方向固定到谐振器连接结构 116。检验质量块112可被配置为围绕铰链挠曲件114枢转，从而沿第二方 向向第一谐振器120和第二谐振器130施加压力。例如，如果检验质量块112朝第一谐振器120枢转，则检验质量块112向第一谐振器120施加压力 并向第二谐振器130施加张力。如果检验质量块112朝第二谐振器130枢 转，则检验质量块112向第一谐振器120施加张力并向第二谐振器130施 加压力。
检验质量块组件110的加速度可以影响检验质量块112围绕铰链挠曲 件114枢转的程度。这样，可通过检验质量块组件110的加速度来确定施 加到第一谐振器120的力的大小和施加到第二谐振器130的力的大小。施 加到谐振器120、130的力(例如，压力或张力)的量可与检验质量块组件 110的加速度矢量相关，其中该加速度矢量垂直于铰链挠曲件114。
在一些示例中，施加到第一谐振器120的力的大小可与第一谐振器 120响应于谐振器驱动电路104A将第一组驱动信号输出到第一谐振器120 而振动的谐振频率相关。例如，第一谐振器120可包括机械梁124。这样， 第一谐振器120可表示双端音叉(DETF)结构，其中机械梁124中的每个 机械梁响应于接收到第一组驱动信号而以谐振频率振动。电极128可生成 指示第一机械梁124A的机械振动频率和第二机械梁124B的机械振动频率 的电信号。例如，第一组电极128A可生成第一电信号，第二组电极128B 可生成第二电信号，并且第三组电极128C可生成第三电信号。电极128可 将第一电信号、第二电信号和第三电信号输出到处理电路102。
处理电路102可以确定第一电信号与第二电信号之间的差值，并且基 于第一电信号与第二电信号之间的差值来确定第一机械梁124A的机械振动 频率。附加地或另选地，处理电路102可以确定第二电信号与第三电信号 之间的差值，并且基于第二电信号与第三电信号之间的差值来确定第二机 械梁124B的机械振动频率。在一些示例中，当谐振器驱动电路104A将第 一组驱动信号输出到第一谐振器120时，第一机械梁124A和第二机械梁 124B的机械振动频率基本上相同。例如，第一机械梁124A的机械振动频 率和第二机械梁124B的机械振动频率均可表示第一谐振器120的谐振频 率，其中该谐振频率与由检验质量块112施加到第一谐振器120的力的大 小相关。检验质量块112施加到第一谐振器120的力的大小可与检验质量 块组件110相对于谐振器连接结构116的长轴的加速度相关。这样，处理 电路102可基于所检测到的机械梁124的机械振动频率来计算检验质量块 112相对于谐振器连接结构116的长轴的加速度。
在一些示例中，施加到第二谐振器130的力的大小可以与第二谐振器 130响应于谐振器驱动电路104B将第二组驱动信号输出到第二谐振器130 而振动的谐振频率相关。例如，第二谐振器130可包括机械梁134。这样， 第二谐振器130可表示双端音叉(DETF)结构，其中机械梁134的每个机 械梁响应于接收到第二组驱动信号而以谐振频率振动。电极138可生成指 示第三机械梁134A的机械振动频率和第四机械梁134B的机械振动频率的 电信号。例如，第四组电极138A可生成第四电信号，第五组电极138B可 生成第五电信号，并且第六组电极138C可生成第六电信号。电极138可将 第四电信号、第五电信号和第六电信号输出到处理电路102。
处理电路102可以确定第四电信号与第五电信号之间的差值，并且基 于第四电信号与第五电信号之间的差值来确定第三机械梁134A的机械振动 频率。附加地或另选地，处理电路102可以确定第五电信号与第六电信号 之间的差值，并且基于第五电信号与第六电信号之间的差值来确定第四机 械梁134B的机械振动频率。在一些示例中，当谐振器驱动电路104B将第 二组驱动信号输出到第二谐振器130时，第三机械梁134A和第四机械梁 134B的机械振动频率基本上相同。例如，第三机械梁134A的机械振动频 率和第四机械梁134B的机械振动频率均可表示第二谐振器130的谐振频 率，其中该谐振频率与由检验质量块112施加到第二谐振器130的力的大 小相关。检验质量块112施加到第二谐振器130的力的大小可与检验质量 块组件110相对于谐振器连接结构116的长轴的加速度相关。这样，处理 电路102可基于所检测到的机械梁134的机械振动频率来计算检验质量块 112相对于谐振器连接结构116的长轴的加速度。
在一些情况下，处理电路102可基于所检测到的机械梁124的机械振 动频率与所检测到的机械梁134的机械振动频率之间的差值来计算检验质 量块组件110相对于谐振器连接结构116的长轴的加速度。当检验质量块 组件110在沿谐振器连接结构116的长轴的第一方向上加速时，检验质量 块112朝第一谐振器120枢转，使得检验质量块112将压力施加到第一谐 振器120并将张力施加到第二谐振器130。当检验质量块组件110在沿谐振 器连接结构116的长轴的第二方向上加速时，检验质量块112朝第二谐振 器130枢转，使得检验质量块112将张力施加到第一谐振器120并将压力 施加到第二谐振器130。当第一压力小于第二压力时，施加有第一压力的谐 振器的谐振频率可大于施加有第二压力的谐振器的谐振频率。当第一张力 大于第二张力时，施加有第一张力的谐振器的谐振频率可大于施加有第二 张力的谐振器的谐振频率。
尽管加速度计系统100被示出为包括谐振器连接结构116，但在图1中 未示出的一些示例中，检验质量块112、第一谐振器120和第二谐振器130 未连接至谐振器连接结构。在一些此类示例中，检验质量块112、第一谐振 器120和第二谐振器130连接至基底。例如，铰链挠曲件114可将检验质 量块112固定到基底，使得检验质量块112可围绕铰链挠曲件114枢转， 从而在第一谐振器120和第二谐振器130上施加张力和/或压力。
在一些示例中，第一谐振器120的谐振频率与第二谐振器130的谐振 频率之间的差值可与检验质量块组件110的加速度具有近似线性的关系。 在一些示例中，谐振器120、130的谐振频率的差值与检验质量块组件110 的加速度之间的关系可以不是完全线性的。例如，该关系可包括表示谐振 器120、130的谐振频率的差值与检验质量块组件110的加速度之间的非线 性关系的二次非线性系数(K2)。可能有利的是，二次非线性系数为零或 接近于零，使得处理电路102被配置为基于谐振器120、130的谐振频率的 差值与检验质量块组件110的加速度之间的关系来准确地确定检验质量块 组件110的加速度。共模误差的一种类型是振动整流误差(VRE)。VRE 可作为振动期间发生的零重力输出或加速度计偏置的变化。VRE可由加速 度计输入到输出传递函数中的非线性引起。通常，最主要的来源是二次非 线性系数(K2)。为了避免错误振动，减轻这种二次非线性可能是有益 的。
另外，可能有利的是，当检验质量块组件110的加速度为0m/s2时， 第一谐振器120的谐振频率与第二谐振器130的谐振频率之间的差值不为 零。与第一谐振器和第二谐振器在零加速度时的相应谐振频率的差值为零 或比本文所述的系统更接近于零的系统相比，可能有利的是，当检验质量 块组件110不加速时，谐振器120、130的相应谐振频率的差值不为零，以 便减小第一谐振器与第二谐振器之间的干扰。
在一些示例中，加速度计系统100可确保二次非线性系数接近于零， 并且通过在第一谐振器120上包括附加质量块来确保谐振器120、130的相 应谐振频率的零加速度差值不为零。例如，第一机械梁124A和第二机械梁124B可各自包括一个或多个附加质量块，其中该一个或多个附加质量块影 响第一谐振器120的谐振频率和二次非线性系数。第三机械梁134A和第四 机械梁134B可各自形成一个或多个间隙，而附加质量块位于第一机械梁 124A和第二机械梁124B上。在一些示例中，第一谐振器120和第二谐振 器130基本上相同，不同的是第一谐振器120包括第一机械梁124A上的附 加质量块和第二机械梁124B上的附加质量块，而第三机械梁134A包括对 应于第一机械梁124A上的附加质量块的间隙，并且第四机械梁134B包括 对应于第二机械梁124B上的附加质量块的间隙。第一谐振器120和第二谐振器130之间的此类差异可确保二次非线性系数接近于零(例如，小于 5μg/g2)，并且确保谐振器120、130的相应谐振频率的零加速度差值不为 零。
对于具有两个相同谐振器的VBA，偶数阶非线性(例如，二次非线 性、四阶非线性)是通过差分输出而标称消除的共模误差源。然而，不匹 配的谐振器(诸如第一谐振器120和第二谐振器130)可能导致加速度计的 K2不一定被设置为零。可能需要不匹配的谐振器，从而避免以相同的频率 操作两个谐振器。以类似频率驱动两个谐振器可导致谐振器彼此干扰(机 械干扰和电干扰)，这最终会降低VBA的输出。谐振器120和130可确保 K2为零或接近于零，并且减少使VBA的输出降低的此类干扰。
尽管加速度计系统100被描述为具有两个谐振器，但在图1中未示出 的其他示例中，加速度计系统可包括少于两个谐振器或多于两个谐振器。 例如，一种加速度计系统可包括一个谐振器。另一种加速度计系统可包括 四个谐振器。
图2是示出根据本公开的一种或多种技术的VBA 110的概念图。例 如，图2示出了包括检验质量块112、铰链挠曲件114、锚定件115、谐振 器连接结构116、第一谐振器120和第二谐振器130的VBA 110的顶视 图。VBA 110可以为图1的检验质量块组件110的示例。
VBA 110包括在铰链挠曲件114处连接至刚性谐振器连接结构116的 检验质量块112，以及谐振器120、130。对于根据本公开的VBA，检验质 量块112可在与支撑基部(图2中未示出)的平面平行的平面中移动。支 撑基部可以为(例如)石英或硅晶片基底。VBA 110的谐振器120、130将 检验质量块112在加速度下的惯性力转换为驱动谐振频率的变化。VBA输出每个谐振器的谐振频率的变化作为加速度量的指示。在一些示例中，谐 振器可位于质量块的附近，使得谐振器接收通过杠杆作用放大的质量块的 力。
在MEMS VBA的示例中，VBA 110可由溶解晶片工艺制成，该工艺 生产作为在特定锚定区域(例如锚定件115)处栓系到下玻璃基底和上玻璃 基底(图2中未示出)的硅机械结构的VBA 110。可在其他区域中蚀刻玻 璃基底以限定VBA 110的释放区域，这些释放区域包括使硅部分(诸如检 验质量块112)相对于基底自由移动的气隙。未蚀刻的区域粘结到硅以限定 机械锚定件。硅机构和锚定区域两者的几何结构可通过光刻法来限定。
制造硅VBA和玻璃基底的溶解晶片工艺仅仅是制造本公开的VBA的 技术的一个示例。可使用其他技术来制造VBA 110的几何结构。其他一些 示例可包括诸如石英(SiO2)、压电材料和类似材料的材料。其他工艺可 包括各向同性蚀刻、化学蚀刻、深反应离子蚀刻(DRIE)和类似工艺。在 图2的示例中，检验质量块112、谐振器连接结构116、铰链挠曲件114、 谐振器120、130可由单片材料构成，这导致VBA 110的部件均具有相同的 热膨胀系数(CTE)。VBA 110的部件均在与如图2所示的X-Y平面平行 的同一平面上。
检验质量块112通过铰链挠曲件114在锚定件115处连接至谐振器连 接结构116。铰链挠曲件114连接至锚定件115的点是检验质量块112的旋 转中心。第一谐振器120和第二谐振器130通过刚性谐振器连接结构116 连接至同一主要锚定件115。谐振器120、130在距检验质量块112的旋转 中心的距离r1处连接至检验质量块112。检验质量块112的质心113与检 验质量块112的旋转中心的距离为r2。这导致检验质量块112的惯性力以 杠杆比率r2/r1放大。
换句话讲，铰链挠曲件114可被配置为将检验质量块112柔性连接至 谐振器连接结构116。铰链挠曲件114将检验质量块112平行于支撑基部 (图2中未示出)悬挂在锚定件115处。响应于VBA 110的加速度，检验 质量块112在其平面内围绕铰链挠曲件114旋转，该平面平行于X-Y平面 且平行于支撑基部(图2中未示出)的平面。本公开的支撑基部可采用上 述蚀刻工艺由基底形成。
在图2的示例中，谐振器120、130包括锚定梳和具有释放梳的机械 梁。第一谐振器120包括具有释放梳的机械梁124和锚定梳122A至122C (统称“锚定梳122”)，并且第二谐振器130包括具有释放梳的机械梁 134和锚定梳132A至132C(统称“锚定梳132”)。在一些示例中，锚定 梳可被称为定子梳。谐振器120、130被配置为将检验质量块112柔性连接 至谐振器连接结构116，并且基于检验质量块112围绕铰链挠曲件114的旋 转而在检验质量块112的平面内挠曲。
在一些示例中，锚定梳122A可包括被配置为生成第一电信号的第一 组电极(图2中未示出)，锚定梳122B可包括被配置为生成第二电信号的 第二组电极(图2中未示出)，并且锚定梳122C可包括被配置为生成第三 电信号的第三组电极(图2中未示出)。在一些示例中，锚定梳132A可包 括被配置为生成第四电信号的第四组电极(图2中未示出)，锚定梳132B 可包括被配置为生成第五电信号的第五组电极(图2中未示出)，并且锚 定梳132C可包括被配置为生成第六电信号的第六组电极(图2中未示 出)。谐振器120、130可将第一电信号、第二电信号、第三电信号、第四 电信号、第五电信号和第六电信号输出到处理电路(图2中未示出)，该 处理电路被配置为基于这些电信号来计算VBA 110的加速度。
两个谐振器120、130中的每个谐振器以相应的谐振频率谐振。在一些 示例中，第一谐振器120在VBA 110的加速度为零米/秒平方(m/s2)时的 谐振频率与第二谐振器130在VBA 110的加速度为0m/s2时的谐振频率之 间的差值不为零。VBA 110包括沉积到玻璃基底(图2中未示出)上的金 属层。这些金属层限定将硅电极连接至接合焊盘的电线。接合焊盘可在 VBA 110的外部并且用于电连接至外部电路，该外部电路通过静电致动 (例如，通过施加电荷)激励并维持谐振器120、130的每个谐振器在谐振 频率下的机械运动。在存在外部加速度的情况下，检验质量块112将偏转 并向谐振器120、130的机械梁124和机械梁134(统称为“机械梁124、 134”)施加轴向力。来自检验质量块112的该轴向力引起驱动谐振频率的 变化，使得频率变化可用于测量VBA 110上的外部加速度。
机械梁124、134上的释放梳、锚定梳132和锚定梳122上的尖齿可使 得能够检测谐振频率的变化，该谐振频率的变化可被转换为力的大小(例 如，力的增大或减小)并且进一步被转换为VBA 110的加速度。例如，在 校准期间，频率变化可表示施加到机械梁124、134的相应机械梁的力的大 小。继而，处理电路可基于施加到机械梁的力的大小来计算VBA110的加 速度。在图2的示例中，当通过旋转检验质量块112将力(例如，压力或 张力)施加在机械梁124、134上时，两个谐振器120、130可允许由频率 变化产生的差频测量结果。
由来自VBA 110的感测信号输出的差频测量结果用于抑制两个谐振器 共有的误差源。一个示例可包括温度变化。即，操作条件的变化，诸如温 度变化，可以相同的方式影响两个谐振器。第二示例将是施加到两个谐振 器的电压的任何偏移。差频测量可通过减去共同误差并且仅保留由VBA 110上的加速度引起的信号来减去施加到两个谐振器的共同误差源。然后， 差频测量可最终导致加速度计的零偏重复性改善。
在一些示例中，谐振器可具有不同的谐振频率，例如，第一谐振器 120可被配置为以与第二谐振器130不同的频率谐振。在一些示例中，一个 谐振器的质量块可被配置为与一个或多个其他谐振器不同。具有不同谐振 频率的谐振器的VBA可提供益处，例如，当VBA的重力为零时，即， VBA基本上没有经历加速度，谐振器可能不以完全相同的频率振动。零重 力处的不同频率导致VBA中的有意偏移，并且可提高可检测性和性能。
在图2的示例中，使用两个谐振器来提供差频测量。在其他示例中， 本公开的技术也可应用于具有更多或更少谐振器的VBA。在其他示例中， 在仍然使用本公开的技术时，一个或多个谐振器可以任何角度取向，而不 仅仅是x和y。尽管在图2的示例中示出为双端音叉(DETF)梳状谐振 器，但在其他示例中，谐振器120、130可被配置为其他类型的谐振器。例如，谐振器120、130中的一者或两者可包括单个机械梁或更复杂的谐振器 几何结构来代替DETF。另外，机械梁124、134可包括压电材料并且可以 不包括梳齿。
在VBA 110的示例中，谐振器120、130可被配置为能够在基本上平 行于谐振器连接结构116的长轴的方向上挠曲。在图2的示例中，谐振器 连接结构116的长轴平行于X轴。在VBA 110的示例中，谐振器120、130 沿X轴取向。在本公开中，基本上平行是指结构或平面在制造和测量公差 内是平行的。
谐振器连接结构116通过足够刚性的连接将谐振器120、130连接至主 要锚定件115，该足够刚性的连接允许检验质量块112对机械梁124、134 施加轴向力。谐振器连接结构116的尺寸经设定以具有大于谐振器的轴向 弹簧常数的硬度。根据本公开的技术的谐振器连接结构116和谐振器120、 130的几何结构可将检验质量块112、机械梁124、134和谐振器连接结构 116配置为通过锚定件115连接至支撑基部。谐振器连接结构116可以减少 或防止可能由玻璃基底(支撑基部)与硅机构(例如，检验质量块112)之 间的热膨胀失配引起的偏置误差。换句话讲，硅掩模和玻璃掩模的设计使 得检验质量块112和谐振器120、130两者主要锚定到单个区域，例如锚定 件115处。
本公开的VBA的几何结构的优点可包括减少或防止热膨胀失配，以及 施加在基底上的其他力到达谐振器120、130并使机械梁124、134显著应 变。与具有不同几何结构的VBA相比，本公开的几何结构可具有最终提供 更精确的外部加速度测量的优点。换句话讲，在第一热膨胀不同于第二热 膨胀的示例中，锚定件115可被配置为允许支撑基部的第一热膨胀，以及 谐振器120、130和谐振器连接结构116的单片材料的第二热膨胀。谐振器 连接结构116的几何结构被配置为基本上防止施加到支撑基部的其他力转 移到检验质量块112或至少两个谐振器。其他力的一些示例可包括由电路 板或其上安装有VBA 110的其他结构施加到VBA 110的力。电路板可经受 诸如挤压或扭转之类的力，这些力可被转移到电路板上的部件(包括VBA 110)。
图3A是示出根据本公开的一种或多种技术的包括支撑挠曲件并具有 谐振器的VBA 300的概念图。类似于图2，图3A是示出锚定件315到支撑 基部的VBA 300的顶视图，但未示出支撑基部。VBA 300包括在铰链挠曲 件314处连接至锚定件315和谐振器连接结构316的检验质量块312，以及 第一谐振器320和第二谐振器330(统称为“谐振器320、330”)。检验 质量块312可与图1的检验质量块112基本上相同，不同的是检验质量块 312被配置为与一个或多个支撑挠曲件相互作用以加强检验质量块312在平 面外(z)方向上的移动。铰链挠曲件314可以为图1的铰链挠曲件114的 示例。谐振器连接结构316可以为图1的谐振器连接结构116的示例。第 一谐振器320可以为图1的第一谐振器120的示例。第二谐振器330可以为 图1的第二谐振器130的示例。图3A还示出了沿着谐振器连接结构316的 长轴延伸并穿过锚定件315的截面A-A′。
检验质量块312包括支撑挠曲件，但另外，检验质量块312的功能和 描述与上文关于图2所述的检验质量块312相同。例如，检验质量块312 通过铰链挠曲件314在锚定件315处连接至谐振器连接结构316。铰链挠曲 件314连接至锚定件315的点是检验质量块312的旋转中心。谐振器320、 330通过谐振器连接结构316连接至同一主要锚定件315。谐振器18A和 18B在距检验质量块312的旋转中心的距离r1处连接至检验质量块312。 检验质量块312的质心313与检验质量块312的旋转中心的距离为r2。与 图2所示的VBA 110一样，这导致检验质量块312在机械梁324、334上的 惯性力以杠杆比率r2/r1放大。
检验质量块312可包括一个或多个支撑挠曲件以加强检验质量块312 在平面外(z)方向上的移动。换句话讲，耦合到检验质量块312的支撑挠 曲件(例如，挠曲件342)被配置为限制检验质量块相对于与检验质量块 312和谐振器连接结构316平行的X-Y平面的平面外运动。这些挠曲件被 配置为在平面内(x和y)方向上与刚性谐振器连接结构相比或与谐振器的 轴向刚度相比显著地更具柔性。例如，挠曲件342包括类似于主要锚定件 315的连接至支撑基部(图3A中未示出)的锚定部分。挠曲件342可包括 连接在锚定部分344C与检验质量块312之间的柔性部分346C。柔性部分 346C可具有与检验质量块312相同或类似的材料。一个或多个支撑挠曲件 的配置可减少平面外移动，同时避免由施加到加速度计机构(例如，检验 质量块312以及谐振器18A和18B)的力引起的偏置，该偏置可能由基底 和加速度计机构之间的CTE失配引起。
检验质量块312可包括附加支撑挠曲件，诸如具有锚定部分344A和 344B以及柔性部分346A和346B的挠曲件。如上文针对挠曲件342所述， 柔性部分346A和346B可具有与检验质量块312相同或相似的材料。图3A 中所示的锚定部分344A和344B的位置以及柔性部分346A和346B的形状 和配置仅仅是用于提供支撑挠曲件以加强检验质量块312在平面外(z)方 向上的移动的一种示例性技术。在其他示例中，柔性部分346A和346B可 具有不同的形状，诸如直梁或S形。在其他示例中，VBA 300可具有更多 或更少的支撑挠曲件。本公开的支撑挠曲件的锚定部分可被配置为不在检 验质量块312上施加显著的力，因此VBA 300的机构仍可主要通过单个锚 定区域(例如锚定件315)连接至支撑基部的结构。与上文关于图2所述的 VBA 110一样，VBA 300的几何结构的优点包括减少可能由玻璃基底(支 撑基部)与硅机构(例如，检验质量块312)之间的热膨胀失配引起的偏置 误差。
如上文关于图2所述，使用单个主要机械锚定件可以减少或防止可由 施加到电路板、封装件和/或基底(包含加速计机构)的外部机械力引起的 偏置误差。由于这些力的来源可能不可避免(例如，基底和机构之间的热 膨胀失配)，因此本公开的VBA的几何结构可机械地隔离敏感部件。另一 个优点可包括通过在MEMS机构内实现机械隔离来降低成本和复杂性，这 可避免需要附加制造步骤或部件，诸如离散隔离阶段。
图3B是示出根据本公开的一种或多种技术的具有支撑挠曲件并具有谐 振器的VBA的截面图的概念图。图3B示出了沿着谐振器连接结构316的 长轴向下延伸并穿过锚定件315的截面A-A’。图3B中参考标号与图2和 图3A中参考标号相同的零件具有与上述相同的描述、特性和功能。例如， VBA 300包括在锚定件315处连接至谐振器连接结构316的检验质量块312 (图3B中未示出)。图3B还示出了锚定梳122C和132C的锚定部分，以 及支撑挠曲件344A和344B的锚定部分。
如上文关于图2所述，VBA 300可使用硅掩模和玻璃掩模制造，使得 检验质量块312和谐振器连接结构316两者主要锚定到单个区域，例如锚 定件315处。VBA 300的释放硅机械结构可以拴系到支撑基部346，该支撑 基部可以是玻璃基底，诸如石英基底或硅基底。检验质量块312也可栓系 在其他锚定区域(例如锚定部分344A和344B)处，这些锚定区域被配置 为允许释放硅部分(诸如检验质量块312以及谐振器320、330的机械梁 324和334(图3B中未示出))相对于支撑基部346自由移动。
支撑基部346可包括可围绕VBA 300的释放部分的包封结构，诸如结 构348A和348B。在一些示例中，VBA 300可包括下支撑基部346和上支 撑件(图3B中未示出)。在一些示例中，锚定部分例如锚定件315可机械 地连接至下支撑基部346和上支撑件两者。支撑基部346可限定也基本上 平行于X-Y平面的第二平面，该第二平面不同于VBA 300的释放部分的平 面。由VBA 300的释放部分(例如，机械梁324、334和检验质量块312) 限定的平面可基本上平行于由支撑基部346限定的第二平面。如上文关于 图2所述，检验质量块的平面与支撑基部346的平面之间的气隙可允许硅 部分(诸如检验质量块)相对于基底自由移动。
谐振器连接结构316可被配置为比谐振器更具刚性。谐振器连接结构 316的刚性结构连接至谐振器并且分支回到主要机械锚定件315，该主要机 械锚定件连接至支撑基部346。如上所述，谐振器连接结构316的尺寸经设 定以具有大于谐振器的轴向弹簧常数的硬度，并且在平面内(例如，x和 y)方向上支撑谐振器。在一些示例中，谐振器连接结构316可比机械梁 324、334硬一个数量级。单个主要锚定件315允许VBA 300的释放部分的 机械连接以便以支撑基部346的不同速率或方向热膨胀，而不受可能导致 偏置和不准确的支撑基部346的其他连接的约束。
支撑基部346可包括沉积到玻璃基底(图3B中未示出)上的金属层， 这些金属层限定将硅电极连接至引线接合焊盘的电线。在一些示例中，支 撑基部346可包括支撑基部346的底表面上的接合焊盘和其他金属结构 (例如，如来自支撑基部346的箭头所示)，诸如导电路径350A和 350B。在一些示例中，支撑基部346可包括顶表面上(例如，与底表面相 对的表面上)的金属层，并且在其他示例中，支撑基部346可包括顶表面 和底表面之间的中间金属层(图3B中未示出)。在一些示例中，这些金属 层可以采用通孔或通过支撑基部346的其他类型的连接彼此电连接。在一 些示例中，电线还可由除金属之外的其他导电材料限定。如上文关于图2 所述，金属层或其他导电材料可限定用于向和从VBA 300载送信号的电路径，诸如导电路径350A和350B。
如上文关于图2和图3A所述，一个或多个谐振器中的每个谐振器可包 括具有释放梳的机械梁(例如，机械梁324)和锚定梳(例如，122C和 132C)。如图3B所示，锚定梳122C和132C的锚定部分从支撑基部346 的平面延伸到VBA 300的释放部分的平面。锚定梳122C和132C的梳部分 被支撑在与机械梁324、334以及检验质量块112和检验质量块312相同的 平面中，如上文分别关于图2和图3A所述。
图4A是示出根据本公开的一种或多种技术的具有附加质量块的第一谐振器420的概念图。第一谐振器420可以为图1至图2的第一谐振器120和图3A的第一谐振器320中的一者或两者的示例。第一谐振器420可包括锚定梳422A至422C（统称为“锚定梳422”）、第一机械梁424A和第二机械梁424（统称为“机械梁424”）。第一机械梁424A可包括附加质量块462A至462D（统称为“附加质量块462”）。第二机械梁424B可包括附加质量块464A至464D（统称为“附加质量块464”）。
在一些示例中，锚定梳422A包括一个或多个锚定梳部分，锚定梳 422B包括一个或多个锚定梳部分，并且锚定梳422C包括一个或多个锚定 梳部分。在一些示例中，锚定梳422A的锚定梳部分中的任一个或组合可包 括第一组电极(例如，图1的第一组电极128A)中的一个或多个电极。在 一些示例中，锚定梳422B的锚定梳部分中的任一个或组合可包括第二组电 极(例如，第二组电极128A)中的一个或多个电极。在一些示例中，锚定 梳422C的锚定梳部分中的任一个或组合可包括第三组电极(例如，第三组 电极128C)中的一个或多个电极。
在一些示例中，谐振器驱动电路可经由第一组电极、第二组电极和第 三组电极中的任一个或组合将驱动信号传送到第一谐振器420，从而使第一 谐振器420以谐振频率振动。例如，第一机械梁424A和第二机械梁424B 可以上述谐振频率振动。继而，第一组电极可生成第一电信号，第二组电 极可生成第二电信号，并且第三组电极可生成第三电信号。第一谐振器420 可将第一电信号、第二电信号和第三电信号输出到处理电路(图4A中未示出)，该处理电路被配置为基于第一电信号、第二电信号和第三电信号来 确定第一谐振器420的谐振频率。
在一些示例中，第一谐振器420的谐振频率可与由检验质量块(诸如 图1的检验质量块112)施加到第一谐振器420的力的大小相关。例如，第 一谐振器420的第一端482可固定到谐振器连接结构(例如，图1的谐振 器连接结构116)，并且第一谐振器420的第二端484可固定到检验质量 块。如果检验质量块响应于第一方向上的加速度而朝第一谐振器420旋转，则检验质量块可以向第一谐振器420施加压力。如果检验质量块响应 于第二方向上的加速度而远离第一谐振器420旋转，则检验质量块可以向 第一谐振器420施加张力。在一些示例中，如果加速度为0m/s2，则检验质 量块可以不向第一谐振器420施加力。随着检验质量块施加的压力响应于 第一方向上加速度的增加而增加，第一谐振器420的谐振频率可能减小， 并且随着检验质量块施加的张力响应于第二方向上加速度的增加而增加， 第一谐振器420的谐振频率可能增加。这样，第一谐振器420的谐振频率 与包括第一谐振器420的加速度计的加速度之间可能存在关系。
附加质量块462和附加质量块464可以影响加速度与第一谐振器420 的谐振频率之间的关系。例如，同限定加速度与不包括附加质量块462和 附加质量块464的谐振器的谐振频率之间的关系的二次非线性系数相比， 限定加速度与第一谐振器420的谐振频率之间的关系的二次非线性系数可 能更小。可能有利的是，加速度与第一谐振器420的谐振频率之间的关系 尽可能接近线性(例如，二次非线性系数尽可能小)，以便确保由第一谐 振器420生成的电信号允许处理电路准确地确定加速度。
在一些示例中，附加质量块462A和附加质量块462B可放置在沿第一 机械梁424A的一位置处，该位置在沿第一机械梁424A的第一端部456到 第二端部457的长度的25％至45％的范围内。例如，附加质量块462A和附 加质量块462B可放置在第一端部456到第二端457之间的距离的35％的位 置处。在一些示例中，附加质量块462C和附加质量块462D可放置在沿第 一机械梁424A的一位置处，该位置在沿第一机械梁424A的第一端部456 到第二端部457的长度的55％至75％的范围内。例如，附加质量块462C和 附加质量块462D可放置在第一端部456到第二端部457之间的距离的65％ 的位置处。
在一些示例中，附加质量块464A和附加质量块464B可放置在沿第二 机械梁424B的一位置处，该位置在沿第二机械梁424B的第一端部458到 第二端部459的长度的25％至45％的范围内。例如，附加质量块464A和附 加质量块464B可放置在第一端458到第二端部459之间的距离的35％的位 置处。在一些示例中，附加质量块464C和附加质量块464D可放置在沿第 二机械梁424B的一位置处，该位置在沿第二机械梁424B的第一端部458 到第二端部459的长度的55％至75％的范围内。例如，附加质量块464C和 附加质量块464D可放置在第一端458到第二端459之间的距离的65％的位 置处。
图4B是示出根据本公开的一种或多种技术的包括附加质量块462A和 462B的图4A的第一谐振器420的一部分的概念图。例如，第一机械梁 424A包括主要构件490和一组次要构件492A至492D(统称为“一组次要 构件492”)。如图4B所示，该组次要构件492中的每个次要构件垂直于 主要构件490延伸。第一机械梁424A可包括图4B中未示出的附加次要构 件和附加其他部件。该组次要构件492中的每个次要构件可以基本上相 同，不同的是次要构件492C包括附加质量块462A和附加质量块462B。
图5A是示出根据本公开的一种或多种技术的形成间隙的第二谐振器 530的概念图。第二谐振器530可以为图1至图2的第二谐振器130和图 3A的第二谐振器330中的一者或两者的示例。第二谐振器530可包括锚定 梳532A至532C(统称为“锚定梳532”)、第三机械梁534A和第四机械 梁534B(统称为“机械梁534”)。第三机械梁534A可形成间隙562A至 562D(统称为“间隙562”)。第四机械梁534B可形成间隙564A至564D (统称为“间隙564”)。
在一些示例中，锚定梳532A可包括一个或多个锚定梳部分，锚定梳 532B可包括一个或多个锚定梳部分，并且锚定梳可包括一个或多个锚定梳 部分。在一些示例中，锚定梳532A的锚定梳部分中的任一个或组合可包括 第四组电极(例如，图1的第四组电极138A)中的一个或多个电极。在一 些示例中，锚定梳532B的锚定梳部分中的任一个或组合可包括第五组电极 (例如，第五组电极138B)中的一个或多个电极。在一些示例中，锚定梳 532C的锚定梳部分中的任一个或组合可包括第六组电极(例如，第六组电 极138C)中的一个或多个电极。
在一些示例中，谐振器驱动电路可经由第四组电极、第五组电极和第 六组电极中的任一个或组合将驱动信号传送到第二谐振器530，从而使第二 谐振器530以谐振频率振动。例如，第三机械梁534A和第四机械梁534B 可以第二谐振器530的谐振频率振动。继而，第四组电极可生成第四电信 号，第五组电极可生成第五电信号，并且第六组电极可生成第六电信号。 第二谐振器530可将第四电信号、第五电信号和第六电信号输出到处理电 路(图5A中未示出)，该处理电路被配置为基于第四电信号、第五电信号 和第六电信号来确定第二谐振器530的谐振频率。
在一些示例中，第二谐振器530的谐振频率可与由检验质量块(诸如 图1的检验质量块112)施加到第二谐振器530的力的大小相关。例如，第 二谐振器530的第一端582可固定到检验质量块，并且第二谐振器530的 第二端584可固定到谐振器连接结构(例如，图1的谐振器连接结构 116)。如果检验质量块响应于第一方向上的加速度而远离第二谐振器530旋转，则检验质量块可以向第二谐振器530施加张力。如果检验质量块响 应于第二方向上的加速度而朝第二谐振器530旋转，则检验质量块可以向 第二谐振器530施加压力。在一些示例中，如果加速度为0m/s2，则检验质 量块可以不向第二谐振器530施加力。随着检验质量块施加的压力响应于 第二方向上加速度的增加而增加，第二谐振器530的谐振频率可能减小， 并且随着检验质量块施加的张力响应于第一方向上加速度的增加而增加， 第二谐振器530的谐振频率可能增加。这样，第二谐振器530的谐振频率 与包括第二谐振器530的加速度计的加速度之间可能存在关系。
间隙562和间隙564可以影响加速度与第二谐振器530的谐振频率之 间的关系。例如，同限定加速度与不包括间隙562和间隙564的谐振器的 谐振频率之间的关系的二次非线性系数相比，限定加速度与第二谐振器530 的谐振频率之间的关系的二次非线性系数可能更小。可能有利的是，加速 度与第二谐振器530的谐振频率之间的关系尽可能接近线性(例如，二次 非线性系数尽可能小)，以便确保由第二谐振器530生成的电信号允许处 理电路准确地确定加速度。在一些示例中，间隙562表示“孔”，而附加 质量块462包括在图4A至图4B的第一谐振器420上。在一些示例中，间 隙564表示孔，而附加质量块464包括在图4A至图4B的第一谐振器420 上。
在一些示例中，间隙562A和间隙562B可放置在沿第三机械梁534A 的一位置处，该位置在沿第三机械梁534A的第一端部556到第二端部557 的长度的25％至45％的范围内。例如，间隙562A和间隙562B可放置在第 一端部556到第二端部557之间的距离的35％的位置处。在一些示例中， 间隙562C和间隙562D可放置在沿第三机械梁534A的一位置处，该位置 在沿第三机械梁534A的第一端部556到第二端部557的长度的55％至75％ 的范围内。例如，间隙562C和间隙562D可放置在第一端部556到第二端 部557之间的距离的65％的位置处。
在一些示例中，间隙564A和间隙564B可放置在沿第四机械梁534B 的一位置处，该位置在沿第四机械梁534B的第一端部558到第二端部559 的长度的25％至45％的范围内。例如，间隙564A和间隙564B可放置在第 一端部558到第二端部559之间的距离的35％的位置处。在一些示例中， 间隙564C和间隙564D可放置在沿第四机械梁534B的一位置处，该位置 在沿第四机械梁534B的第一端部558到第二端部559的长度的55％至75％ 的范围内。例如，间隙564C和间隙564D可放置在第一端部558到第二端 部559之间的距离的65％的位置处。
图5B是示出根据本公开的一种或多种技术的包括间隙562A和间隙 562B的图5A的第二谐振器530的一部分的概念图。例如，第三机械梁 534A包括主要构件590和一组次要构件592A至592D(统称为“一组次要 构件592”)。如图5B所示，该组次要构件592中的每个次要构件垂直于 主要构件590延伸。第三机械梁534A可包括图5B中未示出的附加次要构 件和附加其他部件。该组次要构件592中的每个次要构件可以基本上相 同，不同的是次要构件592C与次要构件592D之间的距离大于该组次要构 件592中的任何其他一对连续次要构件之间的距离。
图6是示出根据本公开的一种或多种技术的第一曲线图610和第二曲 线图620的图，第一曲线图表示作为附加质量块位置的函数的二次非线性 系数，第二曲线图表示作为附加质量块位置的函数的零加速度谐振频率 差。例如，“附加质量块的位置(Location ofAdded Mass)”可表示诸如 第一机械梁424A上的附加质量块462A和附加质量块462B之类的附加质 量块的位置，其中该位置为第一机械梁424A的第一端部456延伸到第二端 部457的长度的百分比。如图6的第一曲线图610所示，当附加质量块 462A和附加质量块462B的位置为第一机械梁424A的长度的35％时，二次 非线性系数(K2)为零。另外，如在第二曲线图620的点630处所见，当 附加质量块462A和附加质量块462B的位置为第一机械梁424A的长度的35％时，第一谐振器420的谐振频率与第二谐振器530的谐振频率之间的差 值不为零。这样，因为二次非线性系数为零并且频率差不为零，所以附加 质量块462A和附加质量块462B的位置为第一机械梁424A的长度的35％ 可能是有利的。
在一些示例中，点630可表示附加质量块462A和附加质量块462B沿 第一机械梁424A的理想位置。在一些示例中，第一谐振器420在零加速度 下的谐振频率可以在25千赫(KHz)至30KHz的范围内。在一些示例中， 第二谐振器530在零加速度下的谐振频率可以在25千赫(KHz)至30KHz 的范围内。在一些示例中，当附加质量块462A和附加质量块462B放置在 第一机械梁424A的长度的35％时，第一谐振器420在零加速度下的谐振频 率与第二谐振器530在零加速度下的谐振频率之间的差值可以在250赫兹 (Hz)至3500Hz的范围内。
图7是示出根据本公开的一种或多种技术的用于确定VBA的加速度的 示例性操作的流程图。图7关于图1的处理电路102、谐振器驱动电路104 和检验质量块组件110进行描述。然而，图7的技术可由处理电路102、谐 振器驱动电路104和检验质量块组件110的不同部件或者由附加或另选加 速度计系统来执行。
谐振器驱动电路104A可将一组驱动信号传送到第一谐振器120 (702)。谐振器驱动电路104A可电耦合至第一谐振器120。谐振器驱动 电路104A可将该组驱动信号输出到第一谐振器120，使得第一谐振器120 以谐振频率振动。处理电路102可经由谐振器驱动电路104A接收指示第一 机械梁124A和第二机械梁124B的频率的一个或多个电信号(704)。随后，处理电路102可基于上述一个或多个电信号来确定第一机械梁124A和 第二机械梁124B的频率(706)。第一机械梁124A的机械振动频率和第二 机械梁124B的机械振动频率可表示第一谐振器120的谐振频率。第一谐振 器120的谐振频率可与VBA(诸如图2的VBA 110)的加速度相关。这 样，处理电路102可基于第一机械梁124A的频率和第二机械梁124B的频 率来计算VBA 110的加速度(708)。
尽管关于第一谐振器120描述了上述示例性操作，但是处理电路102 可以附加地或另选地确定第二谐振器130的谐振频率。在一些示例中，处 理电路102可被配置为确定第一谐振器120的谐振频率与第二谐振器130 的谐振频率之间的差值，并且基于谐振频率的差值来计算加速度。
在一个或多个示例中，本文所述的加速度计可利用硬件、软件、固件 或它们的任何组合来实现所述功能。在软件中实现的那些功能可作为一个 或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或经由计算机可读介质发送， 并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包括对应于有形介质 诸如数据存储介质的计算机可读存储介质，或者包括例如根据通信协议促 进计算机程序从一个地方传输到另一个地方的任何介质的通信介质。这 样，计算机可读介质通常可对应于：(1)非暂态的有形计算机可读存储介 质，或者(2)通信介质诸如信号或载波。数据存储介质可以是可以由一个或 多个计算机或一个或多个处理器访问以检索用于实现本公开中描述的技术 的指令、代码和/或数据结构的任何可用介质。
指令可由加速度计内的一个或多个处理器执行或通信地耦合到该加速 度计。该一个或多个处理器可例如包括一个或多个DSP、通用微处理器、 专用集成电路(ASIC)、FPGA或其他等效的集成或离散逻辑电路。因此，如 本文所使用的术语“处理器”可以指任何前述结构或适用于实施本文所描 述的技术的任何其他结构。此外，在一些方面中，可以在被配置成用于执 行本文所述的技术的专用硬件和/或软件模块内提供本文所述的功能。而 且，这些技术可以完全在一个或多个电路或逻辑元件中实现。
本公开的技术可以在包括集成电路(IC)或一组IC(例如，芯片组)的 各种装置或设备中实现。在本公开中描述了各种部件、模块或单元，以强 调被配置为执行所公开的技术的装置的功能方面，但是不一定需要通过不 同的硬件单元来实现。相反，各种单元可与结合合适的软件和/或固件的互 操作硬件单元(包括如上所述的一个或多个处理器)的集合进行组合或由 其提供。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
检验质量块组件，所述检验质量块组件包括：
检验质量块；
谐振器连接结构，其中所述谐振器连接结构平行于长轴延伸；
铰链挠曲件，所述铰链挠曲件被配置为将所述检验质量块连接至所述谐振器连接结构，其中所述检验质量块响应于所述系统平行于所述谐振器连接结构的所述长轴的加速度而围绕所述铰链挠曲件旋转；和
第一谐振器，所述第一谐振器被配置为将所述检验质量块连接至所述谐振器连接结构，其中所述第一谐振器包括：
第一机械梁，所述第一机械梁平行于所述长轴延伸，
其中所述第一机械梁包括位于沿所述长轴的点处的第一质量块；和
第二机械梁，所述第二机械梁平行于所述长轴延伸，其中所述第二机械梁包括位于沿所述长轴的所述点处的第二质量块；和
处理电路，所述处理电路被配置为：
从所述第一谐振器接收指示所述第一机械梁的频率和所述第二机械梁的频率的一个或多个电信号；
基于所述一个或多个电信号来确定所述第一机械梁的所述频率和所述第二机械梁的所述频率；以及
基于所述第一机械梁的所述频率和所述第二机械梁的所述频率来计算所述检验质量块组件的加速度。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一机械梁包括：
第一主要构件，所述第一主要构件平行于所述谐振器连接结构的所述长轴延伸；和
一组第一次要构件，其中所述一组第一次要构件中的每个第一次要构件垂直于所述长轴延伸，其中所述一组第一次要构件中的至少一个第一次要构件表示所述第一质量块，并且其中所述第二机械梁包括：
第二主要构件，所述第二主要构件平行于所述谐振器连接结构的所述长轴延伸；和
一组第二次要构件，其中所述一组第二次要构件中的每个第二次要构件垂直于所述长轴延伸，并且其中所述一组第二次要构件中的至少一个第二次要构件表示所述第二质量块。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个电信号包括第一一个或多个电信号，其中沿所述谐振器连接结构轴线的所述长轴的所述点包括沿所述长轴的第一点，并且其中所述检验质量块组件还包括：
第二谐振器，所述第二谐振器被配置为将所述检验质量块连接至所述谐振器连接结构，其中所述第二谐振器包括：
第三机械梁，所述第三机械梁平行于所述谐振器连接结构的所述长轴延伸，其中所述第三机械梁形成位于沿所述长轴的第二点处的第一间隙；和
第四机械梁，所述第四机械梁平行于所述长轴延伸，其中所述第四机械梁形成位于沿所述长轴的所述第二点处的第二间隙，并且其中所述处理电路被进一步配置为：
从所述第二谐振器接收指示所述第三机械梁的频率和所述第四机械梁的频率的第二一个或多个电信号；
基于所述第二一个或多个电信号来确定所述第三机械梁的所述频率和所述第四机械梁的所述频率；以及
基于所述第三机械梁的所述频率和所述第四机械梁的所述频率来计算所述检验质量块组件的所述加速度。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第三机械梁包括：
第三主要构件，所述第三主要构件平行于所述谐振器连接结构的所述长轴延伸；和
一组第三次要构件，其中所述一组第三次要构件中的每个第三次要构件垂直于所述长轴延伸，其中所述一组第三次要构件中的至少一个第三次要构件形成所述第一间隙，并且其中所述第四机械梁包括：
第四主要构件，所述第四主要构件平行于所述长轴延伸；和
一组第四次要构件，其中所述一组第四次要构件中的每个第四次要构件垂直于所述长轴延伸，并且其中所述一组第四次要构件中的至少一个第四次要构件形成所述第二间隙。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述检验质量块组件还包括：
第一组电极，所述第一组电极放置在所述第一谐振器的邻近所述第一机械梁的外部，其中所述第一组电极被配置为生成所述第一一个或多个电信号中的第一电信号；
第二组电极，所述第二组电极放置在所述第一机械梁与所述第二机械梁之间，其中所述第二组电极被配置为生成所述第一一个或多个电信号中的第二电信号；和
第三组电极，所述第三组电极放置在所述第一谐振器的邻近所述第二机械梁的外部，其中所述第三组电极被配置为生成所述第一一个或多个电信号中的第三电信号，并且
其中为了确定所述第一机械梁的所述频率和所述第二机械梁的所述频率，所述处理电路被配置为：
计算所述第一电信号与所述第二电信号之间的差值；
计算所述第二电信号与所述第三电信号之间的差值；
基于所述第一电信号与所述第二电信号之间的所述差值来计算所述第一机械梁的所述频率；以及
基于所述第二电信号与所述第三电信号之间的所述差值来计算所述第二机械梁的所述频率。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述检验质量块组件还包括：
第四组电极，所述第四组电极放置在所述第二谐振器的邻近所述第三机械梁的外部，其中所述第四组电极被配置为生成所述第二一个或多个电信号中的第四电信号；
第五组电极，所述第五组电极放置在所述第三机械梁与所述第四机械梁之间，其中所述第五组电极被配置为生成所述第二一个或多个电信号中的第五电信号；和
第六组电极，所述第六组电极放置在所述第二谐振器的邻近所述第四机械梁的外部，其中所述第六组电极被配置为生成所述第二一个或多个电信号中的第六电信号，并且其中为了确定所述第三机械梁的所述频率和所述第四机械梁的所述频率，所述处理电路被配置为：
计算所述第四电信号与所述第五电信号之间的差值；
计算所述第五电信号与所述第六电信号之间的差值；
基于所述第四电信号与所述第五电信号之间的所述差值来计算所述第三机械梁的所述频率；以及
基于所述第五电信号与所述第六电信号之间的所述差值来计算所述第四机械梁的所述频率。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述处理电路被进一步配置为：
基于所述第一机械梁的所述频率和所述第二机械梁的所述频率来确定所述第一谐振器的频率；
基于所述第三机械梁的所述频率和所述第四机械梁的所述频率来确定所述第二谐振器的频率；
计算所述第一谐振器的所述频率与所述第二谐振器的所述频率之间的差值；以及
基于所述第一谐振器的所述频率与所述第二谐振器的所述频率之间的所述差值来计算所述检验质量块组件的所述加速度。
8.根据权利要求7所述的系统，其中当所述检验质量块组件的所述加速度为零米/秒平方(m/s2)时，所述第一谐振器的所述频率与所述第二谐振器的所述频率之间的所述差值的大小大于零。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一质量块包括第一附加质量块，其中所述第一机械梁包括第一近侧端部和第一远侧端部，并且其中沿所述谐振器连接结构的所述长轴的所述第一质量块的所述点位于所述第一机械梁从所述第一近侧端部到所述第一远侧端部的长度的0.25至0.45的范围内。
10.一种方法，包括：
由处理电路从第一谐振器接收指示第一机械梁的频率和第二机械梁的频率的一个或多个电信号，其中检验质量块组件包括：
检验质量块；
谐振器连接结构，其中所述谐振器连接结构平行于长轴延伸；
铰链挠曲件，所述铰链挠曲件被配置为将所述检验质量块连接至所述谐振器连接结构，其中所述检验质量块响应于所述系统平行于所述谐振器连接结构的所述长轴的加速度而围绕所述铰链挠曲件旋转；和
所述第一谐振器，所述第一谐振器被配置为将所述检验质量块连接至所述谐振器连接结构，其中所述第一谐振器包括：
所述第一机械梁，所述第一机械梁平行于所述长轴延伸，其中所述第一机械梁包括位于沿所述长轴的点处的第一质量块；和
所述第二机械梁，所述第二机械梁平行于所述长轴延伸，其中所述第二机械梁包括位于沿所述长轴的所述点处的第二质量块；
由所述处理电路并基于所述一个或多个电信号来确定所述第一机械梁的所述频率和所述第二机械梁的所述频率；以及
由所述处理电路并基于所述第一机械梁的所述频率和所述第二机械梁的所述频率来计算所述检验质量块组件的加速度。
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