CN114113679A - 用于检测振动的宽带宽mems加速度计 - Google Patents

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Abstract

本公开的各实施例涉及用于检测振动的宽带宽MEMS加速度计，包括：支撑结构、至少一个可变形组和至少一个第二可变形组，至少一个可变形组和至少一个第二可变形组分别包括第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件，第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件各具有相应第一端部和相应第二端部，第一端部被固定到支撑结构。第一可变形组和第二可变形组还分别包括第一压电检测结构和第二压电检测结构。MEMS加速度计还包括：第一移动质量块和第二移动质量块，分别被固定到第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件的第二端部并且分别相对于第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件垂直交错；以及第一弹性结构，将第一移动质量块和第二移动质量块弹性地耦合。

Description

用于检测振动的宽带宽MEMS加速度计
技术领域
本公开涉及例如在高频振动的情况下，用于检测具有高频的加速度的宽带MEMS(微机电系统)加速度计。
背景技术
众所周知，例如在基于条件的机械维护、特别是基于使用状态的维护的背景下，用于监测振动的系统如今非常普遍并且被广泛使用。事实上，已知对机械组件所经受的振动的监测如何能够例如在问题和/或损坏开始之前进行检测。
通常，用于监测振动的系统使用加速度计来检测例如作用在组件上的力的振幅或频率变化。更一般地，已知使用灵敏度高达80kHz范围内的频率的加速度传感器。
一般地，具有不同带宽的传感器通常具有不同的用途。仅作为示例，在监测电动机轴的不对准情况下，通常使用具有小带宽(例如，高达3kHz)的加速度传感器，而在检测风扇轴承故障的情况下，使用具有大带宽(例如，高达80kHz)的加速度传感器。
综上所述，可能需要在传感器的成本和性能之间找到良好的平衡。在这方面，例如在描述了膜结构的使用的F.Gerfers et al.,“Sub-μgUltra-Low-Noise MEMSAccelerometers Based on CMOS-Compatible Piezoelectric AlN Thin Films,”Transducers&Eurosensors 2007中以及在描述了包括悬臂元件的结构的使用的T.Kobayashi et al.,“A digital output piezoelectric accelerometer using CMOS-compatible AlN thin film,”Transducers 2009中描述的，已开发了MEMS传感器。
一般地，MEMS膜结构由于存在分布式约束和/或相对较多的约束而受到残余机械应力的影响，这些约束作用于膜；这样的机械残余应力导致性能下降。相反，由于存在单个约束，具有悬臂元件的MEMS结构受残余机械应力的影响较小；然而，这些MEMS结构基本上只对平面外加速度灵敏；即，它们基本上是单轴的。此外，在存在多个悬臂元件的情况下，悬臂元件的谐振频率不可避免地彼此不同，从而导致灵敏度降低。
发明内容
在各种实施例中，本公开提供了将至少部分地克服现有技术的缺点的加速度计。
在至少一个实施例中，本公开提供了包括支撑结构的MEMS加速度计。第一可变形组和第二可变形组分别包括第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件，第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件沿着平行于平面的方向布置并且各自具有固定到支撑结构的相应第一端部以及相应第二端部。第一可变形组还包括与第一可变形悬臂元件机械耦合的第一压电检测结构，并且第二可变形组还包括与第二可变形悬臂元件机械耦合的第二压电检测结构。第一移动质量块和第二移动质量块分别被固定到第一可变形悬臂元件的第二端部和第二可变形悬臂元件的第二端部，并且在相对于平面横向的竖直方向上，分别相对于第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件交错。第一弹性结构被配置为将第一移动质量块和第二移动质量块弹性地耦合。
在至少一个实施例中，本公开提供了包括支撑结构的设备。第一悬臂具有可变形部分和远端部分，并且可变形部分被固定到支撑结构。第一移动质量块被机械地耦合到第一悬臂的可变形部分的第一侧。第二可变形悬臂具有可变形部分和远端部分，并且可变形部分被固定到支撑结构。第二移动质量块被机械地耦合到第二悬臂的可变形部分的第一侧。第一压电检测结构被机械地耦合到第一可变形悬臂元件的第二侧，第二侧与第一可变形悬臂元件的第一侧相对。第二压电检测结构被机械地耦合到第二可变形悬臂元件的第二侧，第二侧与第二可变形悬臂元件的第一侧相对。第一弹性结构被配置为将第一移动质量块和第二移动质量块弹性地耦合。
附图说明
为了更好地理解本公开，现在将参考附图、仅通过非限制性示例的方式来描述其优选实施例，其中：
图1是加速度计沿着图2中表示的I-I截面线截取的示意性截面图；
图2是图1所示的加速度计沿着图1中表示的II-II截面线截取的截面的示意性顶视图；
图3和图4是图1至图2所示的加速度计的各部分在不同操作条件下的示意性侧视图；
图5和图6是图1至图2所示的加速度计的各部分在不同操作条件下的示意性侧视图；
图7是加速度计的截面的示意俯视图；以及
图8A至图8C是图7所示的加速度计在不同操作条件下的示意俯视图。
具体实施方式
图1示出了MEMS加速度计1，MEMS加速度计1包括支撑结构2，支撑结构2界定了腔4，灵敏结构6在腔4内延伸。在不失一般性的情况下，支撑结构2可以具有闭合形状(例如，在外部它可以具有平行六面体的形状)，在该情况下，腔4是闭合的；即，它与外界没有流体连通。附加地，支撑结构2例如是硅。
更详细地，假设正交参考系XYZ，腔4在顶部和底部处分别由平行于平面XY的顶表面Stop和底表面Sbot界定；此外，腔4由平行于平面YZ的第一侧壁Pl1和第二侧壁Pl2以及平行于平面XZ的第三侧壁Pl3和第四侧壁Pl4(在图2中可见)横向界定。顶表面Stop、底表面Sbot以及第一侧壁Pl1和第二侧壁Pl2由支撑结构2形成。
灵敏结构6被约束到第一、第二、第三和第四侧壁Pl1、Pl2、Pl3、Pl4，以悬置在底表面Sbot之上，与底表面Sbot相距一定距离。
特别地，灵敏结构6包括第一悬臂元件21、第二悬臂元件22、第三悬臂元件23和第四悬臂元件24以及第一悬置组G1、第二悬置组G2、第三悬置组G3、第四悬置组G4以及第一弹簧元件41、第二弹簧元件42、第三弹簧元件43和第四弹簧元件44。
详细地，第一、第二、第三和第四悬臂元件21、22、23、24彼此相同并且在静止状态下以共面方式布置在沿着轴Z的相同高度处。特别地，第一、第二、第三和第四悬臂元件21、22、23、24具有平面形状；仅作为示例，第一、第二、第三和第四悬臂元件21、22、23、24可以具有包括在10μm至20μm之间的厚度(沿着轴Z测量)。
此外，第一、第二、第三和第四悬臂元件21、22、23、24例如是硅。
更详细地，第一、第二、第三和第四悬臂元件21、22、23、24中的每一个包括相应的可变形部分(分别由21*、22*、23*和24*表示)和相应的远端部分(分别由21**、22**、23**和24**表示)。
第一、第二、第三和第四悬臂元件21、22、23、24的可变形部分21*、22*、23*和24*具有平行六面体的形状。
特别地，假设第一对称平面SP1和第二对称平面SP2分别平行于平面ZX和平面ZY，第一悬臂元件21和第二悬臂元件22的可变形部分21*、22*在平行于轴X的方向上伸长并且以相对于第二对称平面SP2对称的方式设置，彼此相距一定距离。更详细地，如果H1和H2分别是第一悬臂元件21和第二悬臂元件22的可变形部分21*、22*的质心轴延伸的方向，则方向H1和H2与轴X具有第一近似重合并且平行于X轴。附加地，第一悬臂元件21的可变形部分21*和第二悬臂元件22的可变形部分22*具有相应的第一端部和相应的第二端部，第一端部被分别固定到第一侧壁Pl1和第二侧壁Pl2。实际上，第一悬臂元件21和第二悬臂元件22被布置为彼此相对。
第三悬臂元件23和第四悬臂元件24的可变形部分23*、24*在平行于轴Y的方向上伸长并且以相对于第一对称平面SP1对称的方式设置，彼此相距一定距离。更详细地，如果H3和H4是第三悬臂元件23和第四悬臂元件24的可变形部分23*、24*的质心轴分别延伸至第一近似的方向，则方向H3和H4被发现重合并且平行于轴Y。附加地，第三悬臂元件23和第四悬臂元件24的可变形部分23*、24*具有相应的第一端部和相应的第二端部，第一端部被分别固定到第三侧壁Pl3和第四侧壁Pl4。实际上，第三悬臂元件23和第四悬臂元件24被布置为彼此相对。
第一对称平面SP1和第二对称平面、SP2沿着平行于轴Z的轴HX相交。此外，第一、第二、第三和第四悬臂元件21、22、23、24的远端部分21**、22**、23**、24**分别相对于第一、第二、第三和第四悬臂元件21、22、23、24的可变形部分21*、22*、23*、24*的第二端部被固定，并且分别覆盖第一、第二、第三、第四悬置组G1、G2、G3、G4。如下文所述并且在不失一般性的情况下，在俯视图中，第一、第二、第三和第四悬臂元件21、22、23、24的远端部分21**、22**、23**、24**分别具有与第一、第二、第三和第四悬置组G1、G2、G3、G4相同的形状。
详细地，第一、第二、第三和第四悬置组G1、G2、G3、G4彼此相同，例如具有棱柱形状，棱柱形状的多边形基部具有平行(在静止状态下)于Z轴的轴；即，它们在平行于平面XY的平面中的截面不会随着沿着Z轴的坐标变化而变化。在任何情况下，与悬置组形状有关的细节与MEMS加速度计1的操作目的无关。仅作为示例，在图2中，上述棱镜具有基部(平行于平面XY)，基部具有平面形状，平面形状可以通过i)短底面朝向轴HX的等腰梯形，以及ii)长边与上述等腰梯形的长底重合的矩形并置而获得。再一次，在不失一般性的情况下，由第一悬置组G1和第二悬置组G2在俯视图中限定的等腰梯形的底平行于Y轴，而由第三悬置组G3和第四悬置组G4在俯视图中限定的等腰梯形的底平行于X轴。
第一、第二、第三、第四悬置组G1、G2、G3、G4分别被固定在第一、第二、第三、第四悬臂元件21、22、23、24的远端部分21**、22**、23**、24**的下方。
在不失一般性的情况下，假设第一、第二、第三和第四悬置组G1、G2、G3、G4中的每一个由例如硅的对应主区域(分别由31A、32A、33A、34A表示)以及例如氧化硅的对应顶层(分别由31B、32B、33B、34B表示)形成。
更详细地，例如参考第一悬置组G1(但同样的考虑也适用于第二、第三和第四悬置组G2、G3、G4)，对应顶层31B在顶部处被固定到第一悬臂元件21的远端部分21**并且覆盖下层的主区域31A。如前所述并且在不失一般性的情况下，第一悬臂元件21的远端部分21**、下层顶层31B和下层主区域31A在俯视图中具有相同的形状并且此外形成移动质量块31(在下文中被称为第一移动质量块31)。仅作为示例，顶层31B和下层主区域31A具有例如分别包括在1μm至2μm和250μm至500μm范围内的厚度(沿着轴Z测量)。同样，第二、第三和第四悬臂元件22、23、24的远端部分22**、23**、24**分别形成第二移动质量块32、第三移动质量块33和第四移动质量块34，第二移动质量块32、第三移动质量块33和第四移动质量块34分别具有下层的i)顶层32B和主区域32A，ii)顶层33B和主区域33A，以及iii)顶层34B和主区域34A。
在实践中，第一悬置质量块31和第二悬置质量块32以关于第二对称平面SP2对称的方式布置。同样，第三悬置质量块33和第四悬置质量块34以关于第一对称平面SP1对称的方式布置。从另一角度来看，第一、第二、第三和第四悬置质量块31、32、33、34被布置在距轴HX相同的径向距离处并且被设置为彼此间隔90°的相等角距离，以根据假设菱形的顶点来布置。
第一、第二、第三和第四弹簧元件41、42、43、44各自具有例如硅的折叠式拉长形状并且在静止状态下可以具有与第一、第二、第三和第四悬臂元件21、22、23、24相同的厚度(沿着Z)，并且与它们共面。
更详细地，第一、第二、第三和第四弹簧元件41、42、43、44中的每一个具有相应的第一端部和相应的第二端部。第一、第二、第三和第四弹簧元件41、42、43、44的第一端部分别被固定到第一、第二、第三和第四弹簧元件21、22、23、24的远端部分21**、22**、23**、24**，从而与它们直接接触并形成单件。第一、第二、第三和第四弹簧元件41、42、43、44的第一端部因此分别被固定到第一、第二、第三和第四移动质量块31、32、33、34。第一、第二、第三和第四弹簧元件41、42、43、44的第二端部围绕轴HX彼此固定，以形成单个十字形件。
第一弹簧元件41和第二弹簧元件42在平行于轴Z的方向上是刚性的，在平行于轴X的方向上是柔性的，并且形成第一弹簧结构M1。第三弹簧元件43和第四弹簧元件44在平行于轴Z的方向上是刚性的，在平行于轴Y的方向上是柔性的，并且形成第二弹簧结构M2。
在实践中，第一悬臂元件21和第二悬臂元件22的远端部分21**、22**通过第一弹簧结构M1而彼此连接，第一弹簧结构M1在平行于轴X的方向上是柔性的并且在平行于轴Z的方向上是刚性的。同样，第三悬臂元件23和第四悬臂元件24的远端部分23**、24**通过第二弹簧结构M2而彼此连接，第二弹簧结构M2在平行于轴Y的方向上是柔性的并且在平行于轴Z的方向上是刚性的。如前所述，第一弹簧结构M1和第二弹簧结构M2彼此相交并且分别形成十字形结构的第一臂和第二臂，第一臂和第二臂彼此垂直。
已经说过，第一弹簧结构M1在方向H1(等效地，H2)上的刚度低于第一悬臂元件21和第二悬臂元件22的可变形部分21*、22*在方向H1上的刚度。第二弹簧结构M2在方向H3(等效地，H4)上的刚度低于第三悬臂元件23和第四悬臂元件24的可变形部分23*、24*在方向H3上的刚度。
附加地，与方向H1、H2相比，第一移动质量块31和第二移动质量块32的质心(在图1中定性地表示，其中它们分别由B1和B2来表示)位于较低的高度处(在平行于轴Z的方向上测量)。附加地，与第一悬臂元件21的可变形部21*的第二端部相比，质心B1沿着X位于更大的坐标值处；与第一悬臂元件22的可变形部分22*的第二端部相比，质心B2沿着X位于较低的坐标值处。等效地，给定平行于平面XY并包含方向H1、H2的假想平面，第一移动质量块31和第二移动质量块32的质心B1、B2被布置在所述假想平面下方并且沿着轴X、在轴HX的方向上，相对于对应悬臂元件的可变形部分的第二端部交错。换言之，在静止状态下，第一移动质量块31和第二移动质量块32相对于第一悬臂元件21和第二悬臂元件22的第一可变形部分21*和第二可变形部分22*竖直并横向交错。
作为第一近似并且在不失一般性的情况下，第一移动质量块31和第二移动质量块32的质心B1、B2彼此共面并且相对于方向H1、H2共面；作为第一近似，质心B1、B2和方向H1、H2位于第一对称平面SP1中。同样，尽管未示出，但是第三移动质量块33和第四移动质量块34的质心位于比方向H3、H4更小的高度处；作为第一近似，它们与后面的方向一起位于第二对称平面SP2中并且相对于第三悬臂元件23和第四悬臂元件24的可变形部分23*、24*的第二端部沿着轴Y并且在轴HX的方向上横向交错。
MEMS加速度计1还包括第一压电检测结构51、第二压电检测结构52、第三压电检测结构53和第四压电检测结构54，这些压电检测结构例如彼此相同并且尽管未图示，但是各自包括相应的电极对，压电材料(例如，PZT)的相应区域被插入在电极对之间。
在不失一般性的情况下，第一、第二、第三和第四压电检测结构51、52、53、54分别在第一、第二、第三和第四悬臂元件21、22、23、24的可变形部分21*、22*、23*、24*上延伸，并且因此分别相对于第一、第二、第三和第四移动质量块31、32、33、34横向交错。此外，在不失一般性的情况下，第一、第二、第三和第四压电检测结构51、52、53、54横向延伸至第一、第二、第三和第四悬臂元件21、22、23、24的可变形部分21*、22*、23*、24*的第一端部，如上所述，可变形部分21*、22*、23*、24*被固定到支撑结构2并且表示经受高变形的面积。同样，尽管未示出，但是其中第一、第二、第三和第四压电检测结构51、52、53、54也在支撑结构2的一部分上部分地延伸的变型是可能的。
更详细地，例如考虑第一压电检测结构51(但相同的考虑也适用于其他压电检测结构)，其被设置在由第一悬臂元件21的可变形部分21*和相同的第一压电检测结构51形成的整体的质心轴之上一定距离处，作为第一近似，可以假设该质心轴与第一悬臂元件21的可变形部分21*的质心轴重合并且因此与上述方向H1重合。此外，第一压电检测结构51(但同样的考虑也适用于其他压电检测结构和对应的质心轴)具有相对于第一悬臂元件21的可变形部分21*的下层质心轴对称的平面形状；即，在俯视图中，它被所述质心轴划分为两个相等的部分。
如上所述，考虑由第一悬臂元件21和第一移动质量块31形成的对并且暂时忽略第一弹簧结构M1的存在并且因此为简单起见，考虑第一移动质量块31从第二、第三和第四移动质量块32、33、34解耦，我们找到了以下描述的内容。
在如图3所示的情况下，第一移动质量块31经受平行于轴Z的(惯性)加速度(例如，向上指向，如在振动的情况下，使得支撑结构2经受沿着轴Z指向但向下的加速度)，第一悬臂元件21的可变形部分21*经受指向平行于轴Y的方向的弯矩，弯矩由于第一移动质量块31和第一悬臂元件21的可变形部分21*的第二端部沿着轴X交错而生成。该力矩引起第一压电检测结构51的变形，特别是压缩，因为如先前所解释的，第一压电检测结构51相对于由第一悬臂元件21的可变形部分21*和第一压电检测结构51形成的整体的中性轴竖直交错，作为第一近似，该中性轴与由第一悬臂元件21的可变形部分21*和第一压电检测结构51形成的整体的上述质心轴重合。因此，第一压电检测结构51在它自己的电极之间生成电压V1，电压V1与先述弯矩精确相关，并且因此与平行于轴Z的加速度的振幅相关。
此外，即使在如图4所示的情况下，第一移动质量块31经受平行于轴X并且与轴X一致的(惯性)加速度(如在振动的情况下，使得支撑结构2经受沿着轴X指向、但与其不一致的加速度)，第一悬臂元件21的可变形部分21*经受对应的弯矩，对应的弯矩再次指向平行于轴Y的方向，因为如前所述，第一移动质量块31的质心B1位于由第一悬臂元件21的可变形部分21*和第一压电检测结构51形成的整体的质心轴下方。该弯矩导致第一压电检测结构51的变形(特别是压缩)，使得电压V1与弯矩本身相关并且因此与平行于轴X的加速度的振幅相关。在与轴X或轴Z分别平行的惯性加速度的情况下，第一悬臂元件21的可变形部分21*所经受的弯矩彼此平行并且一致。
相反，在第一移动质量块31经受平行于轴Y并且与轴Y一致的(惯性)加速度的情况下(未示出)(如在振动的情况下，使得支撑结构2经受沿着轴Y指向、但与其不一致的加速度)，第一悬臂元件21的可变形部分21*经受围绕方向H1的扭力，这使得第一压电检测结构51的一部分经受张力并且一部分经受压缩，结果是电压V1近似为零。
相反，考虑由第二悬臂元件22和第二移动质量块32形成的对，并且再次忽略第一弹簧结构M1的存在，我们发现下文描述的内容。
在图3中提到的条件下，第二移动质量块32经受与轴Z平行并且与轴Z一致的加速度。第二悬臂元件22的可变形部分22*因此经受指向平行于轴Y的方向的弯矩并且相对于第一悬臂元件31的可变形部分21*同时经受的弯矩具有相反的方向，使得第二压电结构52经历相对于由第一压电结构51所经历的变形对称的变形(特别是压缩)。因此，第二压电检测结构52在其自身的电极之间生成电压V2，电压V2指示平行于轴Z的加速度的振幅。理想地，在图3所示的条件下，电压V1和电压V2相等。
在图4中提到的条件下，第二移动质量块32经受平行于轴X并与轴X一致的加速度。第二悬臂元件22的可变形部分22*经受对应的弯矩，弯矩平行于第一悬臂元件21的可变形部分21*同时经受的弯矩并且与其一致。事实上，当第一移动质量块31和第一悬臂元件21的可变形部分21*的第二端部趋于上升时，第二移动质量块32和第二悬臂元件22的可变形部分22*的第二端部趋于下降。因此，尽管第一压电检测结构51的变形是压缩类型，第二压电检测结构52是拉伸型并且电压V2与第二压电检测结构52所经历的应变相关。电压V2因此具有与电压V1的符号相反的符号。理想情况下，在图4中提到的条件下，电压V1和电压V2具有相同的幅度和相反的符号。
借助本身已知类型且此处未示出的电子电路，因此例如可以生成信号sVZ’＝V1+V2和信号sVX＝V1-V2，这两个信号分别指示MEMS加速度计1所经受的沿着Z的加速度和沿着X的加速度。就此而言，第一压电检测结构51和第二压电检测结构52的底部电极可以被设置为接地，并且第一压电检测结构51和第二压电检测结构52的顶部电极可以被连接来生成上述信号sVZ’和sVX。
类似的考虑适用于由第三悬臂元件23、第三悬置质量块33和第三压电检测结构53以及由第四悬臂元件24、第四悬置质量块34和第四压电检测结构54形成的子系统。
特别地，如图5所示，图5考虑了与图3相同的条件，即，在存在沿着Z的惯性加速度时，第三悬臂元件23和第四悬臂元件24的可变形部分23*、24*经受平行且相反的弯矩，这导致第三压电检测结构53和第四压电检测结构54的相同类型的变形(根据加速度的意义，压缩或拉伸)。相反，如图6所示，图6考虑了存在沿着Y方向的惯性加速度的情况，第三悬臂元件23和第四悬臂元件24的可变形部分23*、24*经受平行且一致的弯矩，这导致与第三压电检测结构53和第四压电检测结构54相反的变形类型(压缩或拉伸)。因此，如果V3和V4分别是由第三压电检测结构53和第四压电检测结构54生成的电压并且如果sVZ”和sVY分别是等于V3+V4和V3-V4的信号，则信号sVZ”和sVY分别指示MEMS加速度计1所经受的沿着Z方向的加速度和沿着Y方向的加速度。此外，在沿着X存在加速度的情况下，电压V3和V4基本上为零。
附加地，例如参考存在的弹性耦合，由于第一弹簧结构M1，在第一移动质量块31和第二移动质量块32之间，我们发现下文描述的内容。
如前所述，与第一悬臂元件21和第二悬臂元件22的可变形部分21*、22*不同，在方向H1上并因此在平行于轴X的方向上，第一弹簧结构M1是柔性的。因此，在不会引起第一可变形元件21和第二可变形元件22的可变形部分21*、22*的任何变形的情况下并且因此在不改变由第一压电检测结构51和第二压电检测结构52生成的电压的情况下，作用在支撑结构2上的任何可能的不期望的机械应力(例如，由于封装(未示出))由第一弹簧结构M1补偿。
例如，第一弹簧结构M1可以吸收由于支撑结构2粘合或焊接到封装的相应基部而引起的应力，该应力会引起第一压电检测结构51和第二压电检测结构52的拉伸或压缩状态。
附加地，第一悬臂元件21和第二悬臂元件21、22的可变形部分21*、22*、第一移动质量块31和第二移动质量块32以及第一弹簧结构M1形成机械系统，如果此时可以忽略第二弹簧结构M2以及第三悬臂元件23和第四悬臂元件24的存在，则机械系统的尺寸可以被确定为使得第一移动质量块31和第二移动质量块31、32同相振荡的模式具有期望的频率，期望的频率低于寄生模式的频率，在寄生模式中，第一移动质量块31和第二移动质量块32反相振荡。就此而言，在没有第一弹簧结构M1的情况下，由第一悬臂元件21的可变形部分21*和第一移动质量块31形成的机械系统以及由第二悬臂元件21的可变形部分22*和第二移动质量块32形成的机械系统将是独立的并且具有独立的振荡模式，独立的振荡模式具有不同的谐振频率，这将需要由第一压电检测结构51和第二压电检测结构52提供的电响应的归一化来抵消由于上述两个独立机械系统的振荡模式的不同谐振频率而引起的差异。实际上，无论如何都会降低灵敏度。
相同的考虑也适用于吸收第三悬臂元件23和第四悬臂元件24的第一端部上存在的不期望应力的第二弹簧结构M2、方向H3以及第三悬臂元件23和第四悬臂元件24的可变形部分23*、24*。
实际上，第三悬臂元件23和第四悬臂元件24的可变形部23*、24*、第三移动质量块33和第四移动质量块34以及第二弹簧结构M2与第一悬臂元件21和第二悬臂元件22的可变形部分21*、22*、第一移动质量块31和第二移动质量块32以及第一弹簧结构M1一起形成上述机械系统。该机械系统的尺寸因此可以被确定为使得所谓的操作模式(即，由待检测的加速度激发的模式)是第一模式，即，第一、第二、第三和第四移动质量块31、32、33、34同相振荡的模式。
尽管未示出，但是在任何情况下都可以设想其中例如不存在第三悬臂元件23和第四悬臂元件24、第三悬置组G3和第四悬置组G4以及第二弹簧结构M2的变型，在该情况下，MEMS加速度计1对平行于轴Y的方向上的加速度不灵敏。同样，第一悬臂元件21和第二悬臂元件22、第一悬置组G1和第二悬置组G1、G2以及第一弹簧结构M1不存在的变型是可能的，在该情况下，MEMS加速度计1对平行于轴X的方向上的加速度不灵敏。
在实践中，图2所示的实施例使得可以受益于与在固定到支撑结构2的悬臂元件的端部处存在不期望的机械应力有关的高弹性，以及对于相对较高频率(例如，10kHz至20kHz)的振动的高灵敏度。
根据一个不同的实施例(如图7所示)，其中MEMS加速度计由101表示，移动质量块和弹簧结构的形状和布置与先前已描述的不同，如下文详细解释的，其中除非另有说明，否则先前已提到的部件使用相同的附图标记增加一百来表示。
详细地，第一、第二、第三和第四移动质量块131、132、133、134具有近似平行六面体的形状，被布置在距轴HX相同的径向距离处并且被设置为以相等的角距离间隔开，以布置在假想正方形的顶点上。
特别地，在静止状态下，第一、第二、第三和第四移动质量块131、132、133、134具有近似平行六面体的形状，其侧壁交替地平行于平面XZ或平面YZ。此外，第一移动质量块131和第三移动质量块133在平行于轴X的方向上对准；同样，第二移动质量块132和第四移动质量块134在平行于轴X的方向上对准。此外，第一移动质量块131和第四移动质量块134在平行于轴Y的方向上对准；同样，第二移动质量块132和第三移动质量块133在平行于轴Y的方向上对准。
在静止状态下，第一悬臂元件121和第二悬臂元件121、122的可变形部分121*、122*具有分别位于方向H1’和方向H2’上的质心轴，方向H1’和方向H2’与平面XY平行、彼此平行并且作为第一近似而重合。附加地，方向H1’、H2’相对于轴X倾斜-45°。作为第一近似，方向H1’、H2’也与分别由以下两项形成的两个整体的质心轴重合，i)第一悬臂元件121的可变形部分121*和第一压电检测结构151，以及ii)第二悬臂元件122的可变形部分122*和第二压电检测结构152，作为第一近似，所述质心轴进而与对应整体的中性轴重合。
第三悬臂元件123和第四悬臂元件124的可变形部分123*、124*具有分别位于方向H3’和方向H4’上的质心轴，方向H3’和方向H4’平行于平面XY、彼此平行并且作为第一近似而重合。附加地，方向H3’、H4’相对于轴X倾斜+45°。作为第一近似，方向H3’、H4’也与分别由以下两项形成的两个整体的质心轴重合：i)第三悬臂元件123的可变形部分123*和第三压电检测结构153，以及ii)第四悬臂元件124的可变形部分124*和第四压电检测结构154，作为第一近似，所述质心轴进而与对应整体的中性轴重合。
在俯视图中，第一、第二、第三和第四悬臂元件121、122、123、124的可变形部分121*、122*、123*、124*被分别设置在支撑结构102和对应的远端部分121**、122**、123**、124**之间，从而分别形成第一、第二、第三和第四移动质量块131、132、133、134。此外，第一、第二、第三和第四悬臂元件121、122、123、124的可变形部分121*、122*、123*、124*分别被第一、第二、第三和第四压电检测结构151、152、153、154覆盖。
第一、第二、第三和第四弹簧元件141、142、143、144各自具有例如硅的折叠式拉长形状，并且在静止状态下可以具有与第一、第二、第三和第四悬臂元件121、122、123、124相同的厚度(沿着Z)，并且与它们共面。
更详细地，在下文中由F13和F31表示的是平行于并且分别面向第一悬置质量块131和第三悬置质量块133的第二对称平面SP2的侧表面；同样地，由F24和F42表示的是平行于并且分别面向第二悬置质量块132和第四悬置质量块134的第二对称平面SP2的侧表面。附加地，由F14和F41表示的是平行于并且分别面向第一悬置质量块131和第四悬置质量块134的第一对称平面SP1的侧表面；同样，由F23和F32表示的是平行于并且分别面向第二悬置质量块132和第三悬置质量块133的第一对称平面SP1的侧壁。
综上所述，第一弹簧元件141的端部被分别固定到第一悬置质量块131和第三悬置质量块133的侧表面F13和F31，以弹性地耦合后者；此外，第一弹簧元件141在平行于轴X的方向上是柔性的。
第二弹簧元件142的端部被分别固定到第二悬置质量块132和第四悬置质量块134的侧表面F24和F42，以弹性地耦合后者；此外，第二弹簧元件142在平行于轴X的方向上是柔性的。
第三弹簧元件143的端部被分别固定到第二悬置质量块132和第三悬置质量块133的侧表面F23和F32，以弹性地耦合后者。此外，第三弹簧元件143在平行于轴Y的方向上是柔性的。
第四弹簧元件144的端部被分别固定到第一悬置质量块131和第四悬置质量块134的侧表面F14和F41，以弹性地耦合后者；此外，第四弹簧元件144在平行于轴Y的方向上是柔性的。
为简洁起见，参考与第三移动质量块133接触的弹簧元件并且因此参考第一弹簧元件141和第三弹簧元件143(但相同的考虑也适用于与第一、第二和第四移动质量块141、142、144接触的弹簧元件对)，在不失一般性的情况下，我们找到以下描述的内容。如果VX表示平行于轴Z并且面向轴HX的第三移动质量块133的侧边缘，则第一弹簧元件141和第三弹簧元件143分别接触边缘VX附近的侧表面F31和F32，但是彼此保持一定距离。即使未示出，第一弹簧元件141和第三弹簧元件143彼此接触的实施例也是可能的。
实际上，第一弹簧元件141和第三弹簧元件143与第三移动质量块133一起形成第一弹簧结构(此处由M1’表示)的第一分支，第一分支弹性地耦合第一移动质量块131和第二移动质量块132。附加地，第二弹簧元件142和第四弹簧元件144与第四移动质量块134一起形成第一弹簧结构M1’的第二分支，第二分支也弹性地耦合第一移动质量块131和第二移动质量块132并且作为第一近似，被设置为平行于上述第一分支。
同样，第一弹簧元件141和第四弹簧元件144与第一移动质量块131一起形成第二弹簧结构(此处由M2’表示)的第一分支，第一分支弹性地耦合第三移动质量块133和第四移动质量块134。附加地，第二弹簧元件142和第三弹簧元件143与第二移动质量块132一起形成第二弹簧结构M2’的第二分支，第二分支也弹性地耦合第三移动质量块133和第四移动质量块134并且作为第一近似，被设置为平行于对应的第一分支。
MEMS加速度计101的操作使得在其经受指向平行于轴Z的方向上的加速度的情况下，第一、第二、第三和第四移动质量块131、132、133、134趋向于根据加速度的意义，全部一起上升或下降，如图8A中定性图示的，其中，除了提到例如移动质量块趋于上升的情况之外，采用经典惯例来表示定性地指示第一、第二、第三和第四移动质量块131、132、133、134相对于它们的静止位置移位的方向的矢量的尖端和尾部；在随后的图8B和图8C中也保留了该惯例。
在MEMS加速度计1经受指向轴X、但具有相反方向的加速度的情况下，可以找到图8B中所示的内容，其中箭头gx指示第一、第二、第三和第四移动质量块131、132、133、134所经受的惯性加速度。详细地，第一移动质量块131和第四移动质量块134趋于上升，导致第一电检测结构151和第四压电检测结构154压缩，从而分别生成具有相同第一极性的电压V1和V4；相反，第二移动质量块132和第三移动质量块133趋于下降，导致第二压电检测结构153和第三压电检测结构154拉伸，从而分别生成具有与第一极性相反的相同第二极性的电压V2和V3。
可以回忆起关于图1至图4中提到的MEMS加速度计1的描述并且注意到惯性加速度gx可以被分解为方向H1’(等效地，H2’)和方向H3’(等效地，H4’)上的对应分量，并且注意到第一移动质量块131和第二移动质量块132和第一弹簧结构M1’关于惯性加速度在方向H1’和H3’上的分量起作用，以相同方式，图1至图4中所示的MEMS加速度计1的第一移动质量块21和第二移动质量块22和第一弹簧结构M1在存在指向与轴X和Y平行的方向的惯性加速度的情况下起作用。此外，第三移动质量块133和第四移动质量块134和第二弹簧结构M2’关于惯性加速度在方向H1’和H3’上的分量起作用，以相同的方式，图1至图4中所示的MEMS加速度计1的第三移动质量块23和第四移动质量块24和第二弹簧结构M2在存在指向与轴X和Y平行的方向的惯性加速度的情况下起作用。
在MEMS加速度计1经受沿着轴Y指向的加速度的情况下，发现图8C中所示的内容，其中箭头gy指示第一、第二、第三和第四移动质量块131、132、133、134所经受的惯性加速度。详细地，第一移动质量块131和第三移动质量块133趋于下降，导致第一压电检测结构151和第三压电检测结构153拉伸，从而分别生成具有第二极性的电压V1和V3；相反，第二移动质量块132和第四移动质量块134趋于上升，导致第二压电检测结构152和第四压电检测结构154压缩，从而分别生成具有第一极性的电压V2和V4。
借助于本身已知类型且在此未示出的电子电路，因此可以生成信号sVZ2，信号sVZ2例如等于V1+V2+V3+V4，其指示沿着Z的加速度。附加地，可以生成信号sVX’＝(V1+V4)-(V2+V3)和信号sVY’＝(V2+V4)-(V1+V3)，信号sVX’和信号sVY’分别指示沿着X和沿着Y的加速度。
图7和图8A至图8C中所示的实施例提供了与参考图1至图4中所示的实施例所描述的优点相同的优点。此外，同样在该情况下，其中例如不存在第三移动质量块133和第四移动质量块134以及第三悬臂元件123和第四悬臂元件124的变型是可能的，或者其中不存在例如第一移动质量块131和第二移动质量块132以及第一悬臂元件121和第二悬臂元件122的变型是可能的。
一般地，本加速度计提供的优点从前面的描述中清楚地显现出来。特别地，本加速度计例如能够以高灵敏度来检测在相互正交的刺激方向上的振动，这些振动可能具有相对较高的频率，并且同时使得可以受益于对由杂散电压引起的杂散静态效果的高度免疫。
最后，很明显，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本文中描述和图示的内容进行修改和变化。
例如，悬臂元件和移动质量块的形状以及对应的截面可以与已描述的不同，同样，压电检测结构的形状和后者相对于悬臂元件的布置可以不同。例如，原则上，压电检测结构可以被布置在悬臂元件的可变形部分下方。
MEMS加速度计可以被概括为包括支撑结构(2；102)和至少一个第一可变形组(21*、51；121*、151)以及至少一个第二可变形组(22*、52；122*、152)，至少一个第一可变形组(21*、51；121*、151)以及至少一个第二可变形组(22*、52；122*、152)分别包括第一可变形悬臂元件(21*；121*)和第二可变形悬臂元件(22*；122*)，第一可变形悬臂元件(21*；121*)和第二可变形悬臂元件(22*；122*)在平行于平面(XY)的方向上布置并且各自具有相应的第一端部和相应的第二端部，第一端部被固定到支撑结构(2；102)；所述第一可变形组(21*、51；121*、151)还包括：
第一压电检测结构(51；151)，被机械地耦合到第一可变形悬臂元件(21*；121*)；
所述第二可变形组(22*、52；122*、152)还包括：
第二压电检测结构(52；152)，被机械地耦合到第二可变形悬臂元件(22*；122*)；
所述MEMS加速度计(1；101)还包括：
第一移动质量块(31、131)和第二移动质量块(32、132)，它们分别被固定到第一可变形悬臂元件(21*、121*)的第二端部和第一可变形悬臂元件(21*、121*)的第二端部，并且在相对于所述平面(XY)的垂直方向(Z)上，分别相对于第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件(21*、121*；22*、122*)交错；以及
第一弹性结构(M1、M1’)，被配置为弹性地耦合第一移动质量块和第二移动质量块(31、131；32、132)。
第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件(21*、22*；121*、122*)可以在第一检测方向(H1、H2；H1’、H2’)上延伸并且可以彼此相对，使得当存在指向与所述第一检测方向(H1、H2；H1’、H2’)平行的方向的加速度时，第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件(21*、22*；121*、122*)可以经受第一平行且一致的弯矩。
第一可变形组和第二可变形组(21*、51、22*、52；121*、151、122*、152)可以分别具有在所述第一检测方向(H1、H2；H1’、H2’)上延伸的第一中性轴(H1、H1’)和第二中性轴(H2、H2’)。
第一压电检测结构和第二压电检测结构(51、52；151、152)可以在竖直方向(Z)上，分别相对于第一中性轴(H1、H1’)和第二中性轴(H2、H2’)交错，使得在存在所述第一平行且一致的弯矩的情况下，第一压电检测结构和第二压电检测结构(51、52；151、152)中的一个可以经受拉伸，而另一个经受压缩。
第一压电检测结构和第二压电检测结构(51、52；151、152)可以具有平面形状，以分别关于第一中性轴(H1、H1’)和第二中性轴(H2、H2’)对称的方式布置。
第一压电检测结构和第二压电检测结构(51、52；151、152)可以被分别布置在第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件(21*、22*；121*、122*)上；并且其中第一移动质量块块和第二移动质量块块(31、131；32、132)可以相对于第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件(21*、121*；22*、122*)垂直向下交错。
第一弹性结构(M1、M1’)可以在平行于第一检测方向(H1、H2；H1’、H2’)的方向上是柔性的。
加速度计还可以包括第三可变形组(23*、53；123*、153)和第四可变形组(24*、54；124*、154)，第三可变形组(23*、53；123*、153)和第四可变形组(24*、54；124*、154)可以分别包括第三可变形悬臂元件(23*；123*)和第四可变形悬臂元件(24*；124*)，第三可变形悬臂元件(23*；123*)和第四可变形悬臂元件(24*；124*)被布置在平行于所述平面(XY)的方向上、在第二检测方向(H3、H4；H3’、H4’)上延伸、彼此相对并且各自具有相应的第一端部和相应的第二端部，第一端部被固定到支撑结构(2；102)；所述第三可变形组(23*、53；123*、153)还可以包括：
第三压电检测结构(53；153)，被机械地耦合到第三可变形悬臂元件(23*；123*)；
所述第四可变形组(24*、54；124*、154)还可以包括：
第四压电检测结构(54；154)，被机械地耦合到第四可变形悬臂元件(24*；124*)；
所述MEMS加速度计(1；101)还可以包括：
第三移动质量块(33、133)和第四移动质量块(34、134)，它们分别被固定到第三可变形悬臂元件(23*；123*)的第二端部和第四可变形悬臂元件(24*；124*)的第二端部，并且在竖直方向(Z)上，分别相对于第三可变形悬臂元件和第四可变形悬臂元件(23*、123*；24*、124*)交错，使得在存在指向与所述第二检测方向(H3、H4；H3’、H4’)平行的方向上的加速度的情况下，第三可变形悬臂元件和第四可变形悬臂元件(23*、123*；24*、124*)经受第二平行且一致的弯矩；
所述加速度计(7；107)还可以包括第二弹性结构(M2、M2’)，第二弹性结构(M2、M2’)被配置为弹性地耦合第三移动质量块和第四移动质量块(33、133；34、134)。
第三可变形组和第四可变形组(23*、53、24*、54；123*、153、124*、154)可以分别具有在第二检测方向(H3、H4；H3’、H4’)上延伸的第三中性轴(H3、H3’)和第四中性轴(H4、H4’)。
第三压电检测结构和第四压电检测结构(53、54；153、154)可以在竖直方向(Z)上，分别相对于第三中性轴(H3、H3’)和第四中性轴(H4、H4’)交错，使得在存在所述第二平行且一致的弯矩的情况下，第三压电检测结构和第四压电检测结构(53、54；153、1524)中的一个经受拉伸，而另一个经受压缩。
第三压电检测结构和第四压电检测结构(53、54；153、154)可以具有平面形状，分别相对于第三中性轴(H3、H3’)和第四中性轴(H4、H4’)以对称方式布置。
第二弹性结构(M2，M2’)可以在与第二检测方向(H3、H4；H3’、H4’)平行的方向上是柔性的。
第一检测方向(H1、H2；H1’、H2’)和第二检测方向(H3、H4；H3’、H4’)可以彼此垂直并且垂直于竖直方向(Z)。
第一移动质量块块和第二移动质量块块(31、32；131、132)可以分别具有在第一检测方向(H1、H2；H1’、H2’)上，相对于第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件(21*、121*；22*、121*)的第二端部交错的质心，使得在存在指向与竖直方向(Z)平行的方向上的加速度的情况下，第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件(21*、121*；22*、121*)经受第三平行且相反的弯矩；并且其中第三移动质量块和第四移动质量块(33、34；133、134)分别具有在第二检测方向(H3、H4；H3’、H4’)上，相对于第三可变形悬臂元件和第四可变形悬臂元件(23*、123*；24*、124*)的第二端部交错的质心，使得在存在指向与竖直方向(Z)平行的方向上的加速度的情况下，第三可变形悬臂元件和第四可变形悬臂元件(23*、123*；24*、124*)经受第三平行且相反的弯矩。
第一、第二、第三和第四移动质量块块(131、132、133、134)可以被布置为正方形，从而被设置为两个两个地交替平行于第一参考轴(X)或第二参考轴(Y)，第一参考轴(X)或第二参考轴(Y)彼此正交并且垂直于竖直方向(Z)；并且其中所述第一检测方向和第二检测方向(H1’、H2’；H3’、H4’)可以均相对于所述第一参考轴和第二参考轴(X、Y)横向；其中所述加速度计(107)还可以包括：
第一弹簧(141)，在平行于第一参考轴(X)的方向上是柔性的并且弹性地耦合第一移动质量块和第三移动质量块(131、133)；
第二弹簧(142)，在平行于第一参考轴(X)的方向上是柔性的并且弹性地耦合第二移动质量块和第四移动质量块(132、134)；
第三弹簧(143)，在平行于第二参考轴(Y)的方向上是柔性的并且弹性地耦合第二移动质量块和第三移动质量块(132、133)；以及
第四弹簧(144)，在平行于第二参考轴(Y)的方向上是柔性的并且弹性地耦合第一移动质量块和第四移动质量块(131、134)；
并且其中第一弹性结构(M1’)包括相应的第一分支和相应的第二分支，第一弹性结构(M1’)的第一分支包括第一弹簧和第三弹簧(141、143)以及第三移动质量块(133)，第一弹性结构(M1’)的第二分支包括第二弹簧和第四弹簧(142、144)以及第四移动质量块(134)；并且其中第二弹性结构(M2’)包括相应的第一分支和相应的第二分支，第二弹性结构(M2’)的第一分支包括第一弹簧和第四弹簧(141、144)以及第一移动质量块(131)，第二弹性结构(M2’)的第二分支包括第二弹簧和第三弹簧(142、143)以及第二移动质量块(133)。
第一、第二、第三和第四移动质量块(31、32、33、34)可以具有菱形布置；并且其中第一弹簧结构和第二弹簧结构(M1、M2)可以分别包括第一臂(41、42)和第二臂(43、44)，第一臂和第二臂中的每个臂具有折叠式细拉长形状并且被布置为形成十字。
上述各种实施例可以被组合来提供进一步的实施例。根据以上详细描述，可以对实施例进行这些和其他改变。一般地，在所附权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限于说明书和权利要求中所公开的特定实施例，而应被解释为包括权利要求所要求保护的所有可能的实施例以及其等效物的全部范围。因此，权利要求不受本公开内容的限制。

Claims (20)

1.一种微机电系统(MEMS)加速度计，包括：
支撑结构；
第一可变形组和第二可变形组，所述第一可变形组和所述第二可变形组分别包括第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件，所述第一可变形悬臂元件和所述第二可变形悬臂元件在平行于一个平面的方向上布置并且各自具有相应的第一端部和相应的第二端部，所述第一端部被固定到所述支撑结构，所述第一可变形组还包括与所述第一可变形悬臂元件机械地耦合的第一压电检测结构，所述第二可变形组还包括与所述第二可变形悬臂元件机械地耦合的第二压电检测结构；
第一移动质量块和第二移动质量块，所述第一移动质量块和所述第二移动质量块分别被固定到所述第一可变形悬臂元件的所述第二端部和所述第二可变形悬臂元件的所述第二端部，并且在相对于所述平面横向的竖直方向上分别相对于所述第一可变形悬臂元件和所述第二可变形悬臂元件交错；以及
第一弹性结构，被配置为弹性地耦合所述第一移动质量块和所述第二移动质量块。
2.根据权利要求1所述的MEMS加速度计，其中所述第一可变形悬臂元件和所述第二可变形悬臂元件在第一检测方向上延伸并且彼此相对，使得在存在指向平行于所述第一检测方向的方向上的加速度的情况下，所述第一可变形悬臂元件和所述第二可变形悬臂元件经受第一平行且一致的弯矩。
3.根据权利要求2所述的MEMS加速度计，其中所述第一可变形组和所述第二可变形组分别具有第一中性轴和第二中性轴，所述第一中性轴和所述第二中性轴在所述第一检测方向上延伸。
4.根据权利要求3的MEMS加速度计，其中所述第一压电检测结构和所述第二压电检测结构在所述竖直方向上分别相对于所述第一中性轴和所述第二中性轴交错，使得在存在所述第一平行且一致的弯矩的情况下，所述第一压电检测结构和所述第二压电检测结构中的一个压电检测结构经受拉伸，而另一个压电检测结构经受压缩。
5.根据权利要求4所述的MEMS加速度计，其中所述第一压电检测结构和所述第二压电检测结构具有平面形状，并且分别相对于所述第一中性轴和所述第二中性轴对称布置。
6.根据权利要求4的MEMS加速度计，其中所述第一压电检测结构和所述第二压电检测结构被分别布置在所述第一可变形悬臂元件和第二可变形悬臂元件上，并且其中所述第一移动质量块和所述第二移动质量块相对于所述第一可变形悬臂元件和所述第二可变形悬臂元件向下垂直交错。
7.根据权利要求2所述的MEMS加速度计，其中所述第一弹性结构在平行于所述第一检测方向的方向上是柔性的。
8.根据权利要求2所述的MEMS加速度计，还包括：
第三可变形组和第四可变形组，所述第三可变形组和所述第四可变形组分别包括第三可变形悬臂元件和第四可变形悬臂元件，所述第三可变形悬臂元件和所述第四可变形悬臂元件在平行于所述平面的方向上布置、在第二检测方向上延伸、彼此相对并且各自具有相应的第一端部和相应的第二端部，所述第一端部被固定到所述支撑结构，所述第三可变形组还包括与所述第三可变形悬臂元件机械地耦合的第三压电检测结构，所述第四可变形组还包括与所述第四可变形悬臂元件机械地耦合的第四压电检测结构；
第三移动质量块和第四移动质量块，所述第三移动质量块和所述第四移动质量块分别被固定到所述第三可变形悬臂元件的所述第二端部和所述第四可变形悬臂元件的所述第二端部，并且在所述竖直方向上，分别相对于所述第三可变形悬臂元件和所述第四可变形悬臂元件交错，使得在存在指向平行于所述第二检测方向的方向上的加速度的情况下，所述第三可变形悬臂元件和所述第四可变形悬臂元件经受第二平行且一致的弯矩；以及
第二弹性结构，被配置为弹性地耦合所述第三移动质量块和所述
第四移动质量块。
9.根据权利要求8所述的MEMS加速度计，其中所述第三可变形组和所述第四可变形组分别具有第三中性轴和第四中性轴，所述第三中性轴和所述第四中性轴在所述第二检测方向上延伸。
10.根据权利要求9所述的MEMS加速度计，其中所述第三压电检测结构和所述第四压电检测结构在所述竖直方向上分别相对于所述第三中性轴和所述第四中性轴交错，使得在存在所述第二平行且一致的弯矩的情况下，所述第三压电检测结构和所述第四压电检测结构中的一个压电检测结构经受拉伸，而另一个压电检测结构经受压缩。
11.根据权利要求10所述的MEMS加速度计，其中所述第三压电检测结构和所述第四压电检测结构具有平面形状，并且分别相对于所述第三中性轴和所述第四中性轴对称布置。
12.根据权利要求8所述的MEMS加速度计，其中所述第二弹性结构在平行于所述第二检测方向的方向上是柔性的。
13.根据权利要求8所述的MEMS加速度计，其中所述第一检测方向和所述第二检测方向彼此垂直并且垂直于所述竖直方向。
14.根据权利要求13所述的MEMS加速度计，其中所述第一移动质量块和所述第二移动质量块分别具有在所述第一检测方向上，相对于所述第一可变形悬臂元件和所述第二可变形悬臂元件的所述第二端部交错的质心，使得在存在指向平行于所述竖直方向的方向上的加速度的情况下，所述第一可变形悬臂元件和所述第二可变形悬臂元件经受第三平行且相反的弯矩，并且
其中所述第三移动质量块和所述第四移动质量块分别具有在所述第二检测方向上，相对于所述第三可变形悬臂元件和所述第四可变形悬臂元件的所述第二端部交错的质心，使得在存在指向平行于所述竖直方向的方向上的加速度的情况下，所述第三可变形悬臂元件和所述第四可变形悬臂元件经受第四平行且相反的弯矩。
15.根据权利要求13所述的MEMS加速度计，其中所述第一移动质量块、所述第二移动质量块、所述第三移动质量块和所述第四移动质量块被布置为正方形，以便被设置为两两交替平行于第一参考轴或第二参考轴，所述第一参考轴和所述第二参考轴彼此正交并且垂直于所述竖直方向，并且其中所述第一检测方向和所述第二检测方向均相对于所述第一参考轴和所述第二参考轴横向，所述MEMS加速度计还包括：
第一弹簧，所述第一弹簧在平行于所述第一参考轴的方向上是柔性的并且弹性地耦合所述第一移动质量块和所述第三移动质量块；
第二弹簧，所述第二弹簧在平行于所述第一参考轴的方向上是柔性的并且弹性地耦合所述第二移动质量块和所述第四移动质量块；
第三弹簧，所述第三弹簧在平行于所述第二参考轴的方向上是柔性的并且弹性地耦合所述第二移动质量块和所述第三移动质量块；以及
第四弹簧，所述第四弹簧在平行于所述第二参考轴的方向上是柔性的并且弹性地耦合所述第一移动质量块和所述第四移动质量块，
其中所述第一弹性结构包括相应的第一分支和相应的第二分支，所述第一弹性结构的所述第一分支包括所述第一弹簧和所述第三弹簧以及所述第三移动质量块，所述第一弹性结构的所述第二分支包括所述第二弹簧和所述第四弹簧以及所述第四移动质量块，并且其中所述第二弹性结构包括相应的第一分支和相应的第二分支，所述第二弹性结构的所述第一分支包括所述第一弹簧和所述第四弹簧以及所述第一移动质量块，所述第二弹性结构的所述第二分支包括所述第二弹簧和所述第三弹簧以及所述第二移动质量块。
16.根据权利要求13所述的MEMS加速度计，其中所述第一移动质量块、所述第二移动质量块、所述第三移动质量块和所述第四移动质量块具有菱形布置，并且其中所述第一弹簧结构和所述第二弹簧结构分别包括第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂中的每个臂具有折叠的拉长形状并且被布置为形成十字形。
17.一种设备，包括：
支撑结构；
第一悬臂，具有可变形部分和远端部分，所述可变形部分被固定到所述支撑结构；
第一移动质量块，被机械地耦合到所述第一悬臂的所述可变形部分的第一侧；
第二可变形悬臂，具有可变形部分和远端部分，所述可变形部分被固定到所述支撑结构；
第二移动质量块，被机械地耦合到所述第二悬臂的所述可变形部分的第一侧；
第一压电检测结构，被机械地耦合到所述第一可变形悬臂元件的第二侧，所述第一可变形悬臂元件的所述第二侧与所述第一可变形悬臂元件的所述第一侧相对；
第二压电检测结构，被机械地耦合到所述第二可变形悬臂元件的第二侧，所述第二可变形悬臂元件的所述第二侧与所述第二可变形悬臂元件的所述第一侧相对；以及
第一弹性结构，被配置为弹性地耦合所述第一移动质量块和所述第二移动质量块。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述第一悬臂元件和所述第二悬臂元件在第一检测方向上延伸并且彼此相对，并且所述第一悬臂元件和所述第二悬臂元件在存在指向平行于所述第一检测方向的方向上的加速度的情况下，经受第一平行且一致的弯矩。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述第一弹性结构在平行于所述第一检测方向的方向上是柔性的。
20.根据权利要求17所述的设备，还包括：
第三悬臂，具有可变形部分和远端部分，所述可变形部分被固定到所述支撑结构；
第三移动质量块，被机械地耦合到所述第三悬臂的所述可变形部分的第一侧；
第四可变形悬臂，具有可变形部分和远端部分，所述可变形部分被固定到所述支撑结构；
第四移动质量块，被机械地耦合到所述第四悬臂的所述可变形部分的第一侧；
第三压电检测结构，被机械地耦合到所述第三可变形悬臂元件的第二侧，所述第三可变形悬臂元件的所述第二侧与所述第三可变形悬臂元件的所述第一侧相对；
第四压电检测结构，被机械地耦合到所述第四可变形悬臂元件的第二侧，所述第四可变形悬臂元件的所述第二侧与所述第四可变形悬臂元件的所述第一侧相对；以及
第二弹性结构，被配置为弹性地耦合所述第三移动质量块和所述第四移动质量块，
其中所述第一悬臂和所述第二悬臂沿着第一方向彼此对准，并且所述第三悬臂和所述第四悬臂沿着相对于所述第一方向横向的第二方向彼此对准。
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