CN114280328A - 一种基于对称式同模态温度补偿的mems谐振式加速度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，MEMS谐振式加速度传感器由谐振器敏感梁通过杠杆机构与质量块连接形成，能够将外界加速度变化转化为频率偏移量以检测外界加速度的大小。MEMS谐振式加速度传感器与感温振荡器对称分布在加热模块的两侧，加热模块的加热梁通过电流产生电阻热，电阻热通过对称结构传递至MEMS谐振式加速度传感器与感温振荡器。将感温振荡器作为温度感知模块，用其频率来标定温度实现对加速度传感器的温度控制。

Description

一种基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器

技术领域

本发明属于加速度测量技术领域，具体涉及一种基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器。

背景技术

MEMS谐振式加速度传感器是微小型惯性导航系统中重要的传感器之一，其性能的优劣直接影响了惯导系统的导航精度。其中环境温度对MEMS谐振式加速度传感器测量输出的影响尤为突出。对于硅基谐振器而言，温度的变化会改变杨氏模量，进而影响谐振器性能。而对于掺杂的硅材质来说温度还会影响材料密度、材料导热系数和材料热膨胀系数，使得不同方向上呈现不同的温度特性。由此可见环境温度成为微加速度传感器工程应用中的一个关键问题。

在MEMS谐振式加速度传感器的环境温控系统设计方面，常在其外部设置温控箱，但温控箱的大体积在一定程度抵消掉了MEMS谐振式加速度传感器处于微尺度的小体积优势，同时温控箱的结构复杂高功耗，使得加速度传感器的成本昂贵。

而对于MEMS谐振式加速度传感器传统的局部温控系统技术，存在的问题有：由于温度测量器件与加速度传感器存在距离导致温度测量不真实，加热源距离加速度传感器过远会导致温度补偿响应速度慢，而加热源距离加速度传感器过近，又会导致温度控制超调量过高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，利用一体化同模态的感温振荡器作为温度感知模块进行温度标定，并与MEMS谐振式加速度传感器对称分布于加热梁两侧，通过控制加热梁两端电流，使得感温振荡器频率在特定频率处趋于稳定，实现对加速度传感器的温度控制。

本发明采用以下技术方案：

一种基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，包括感温振荡器和MEMS加速度计，感温振荡器和MEMS加速度计对称设置在加热模块的两侧，感温振荡器通过谐振梁与加热模块连接，感温振荡器利用频率标定温度实现对MEMS加速度计的温度控制；MEMS加速度计通过敏感梁与加热模块连接，敏感梁的另一端通过杠杆机构与质量块连接，能够将外界加速度变化转化为频率偏移量以检测外界加速度的大小。

具体的，感温振荡器和MEMS加速度计的谐振模块为同一双端音叉梁氏结构。

具体的，谐振梁的一端与加热模块连接，另一端与第一固支锚点连接；谐振梁的一侧依次经第二梳齿电极板和激励模块的第四梳齿电极板和第三固支锚点连接；谐振梁的另一侧经第一梳齿电极板依次连接检测模块的第三梳齿电极板与第二固支锚点，第一固支锚点、第二固支锚点和第三固支锚点上均溅射有金属电极层。

具体的，加热模块包括第四金属电极层，第四金属电极层设置在第四固支锚点上，第四固支锚点的上侧经第一加热梁与第七固支锚点连接；第四固支锚点的下侧经第二加热梁与第八固支锚点连接；第四固支锚点的左侧经谐振梁与感温振荡器连接，第四固支锚点的右侧经敏感梁与MEMS加速度计连接；第七固支锚点和第八固支锚点上均设置有金属电极层。

进一步的，敏感梁、谐振梁、第一加热梁和第二加热梁共同使用第四固支锚点和第四金属电极层。

具体的，MEMS加速度计包括谐振模块、激励模块和检测模块，谐振模块包括敏感梁，激励模块设置在敏感梁的一侧，并与敏感梁连接，检测模块设置在敏感梁的另一侧，并与敏感梁连接。

进一步的，谐振模块包括第五梳齿电极板和第六梳齿电极板，第五梳齿电极板与第六梳齿电极板位于敏感梁的两侧，并与敏感梁连接；敏感梁的一端与第四固支锚点连接，另一端通过传导梁经杠杆机构与质量块连接；

检测模块包括第五固支锚点和第七梳齿电极板；第五梳齿电极板经第七梳齿电极板与第五固支锚点连接；

激励模块包括第六固支锚点和第八梳齿电极板；第六梳齿电极板经第八梳齿电极板与第六固支锚点连接，第五固支锚点和第六固支锚点上均匀溅射有金属电极层。

进一步的，金属电极层为正方形结构，边长为100～300μm。

具体的，杠杆机构包括传导梁，传导梁的一端与敏感梁连接，另一端经第一折叠梁与质量块连接；

第一折叠梁经第一支撑梁连接第三支撑锚点和第四支撑锚点；

第一折叠梁经第二支撑梁连接第一支撑锚点和第二支撑锚点；

第一折叠梁的两侧分别通过第一受力梁和第二受力梁与质量块连接。

具体的，感温振荡器的激励端电极板与检测端电极板同谐振梁连接极板之间形成梳齿电容结构，MEMS加速度计的激励端电极板与检测端电极板同敏感梁连接电极板之间形成梳齿结构，梳齿之间的间隙形成平行板电容，间隙的距离为1～10μm。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，包括感温振荡器和MEMS加速度计，MEMS加速度计通过敏感梁与加热模块连接，敏感梁的另一端通过杠杆机构与质量块连接，能够将外界加速度变化转化为频率偏移量以检测外界加速度的大小，感温振荡器和MEMS加速度计对称设置在加热模块的两侧，感温振荡器通过谐振梁与加热模块连接，感温振荡器利用频率标定温度实现对MEMS加速度计的温度精准控制；

进一步的，感温振荡器和MEMS加速度计的谐振模块为同一双端音叉梁氏结构，其在同一振动模态拥有相同的温度系数，使得感温振荡器对处于对称位置的MEMS加速度计的温度检测更加精准。

进一步的，谐振梁的一端与加热模块连接，另一端与第一固支锚点连接；谐振梁的一侧依次经第二梳齿电极板和激励模块的第四梳齿电极板和第三固支锚点连接；谐振梁的另一侧经第一梳齿电极板依次连接检测模块的第三梳齿电极板与第二固支锚点，第一固支锚点、第二固支锚点和第三固支锚点上均溅射有金属电极层，用于电学信号的输入输出。

进一步的，加热模块包括第四金属电极层，第四金属电极层设置在第四固支锚点上，第四固支锚点的上侧经第一加热梁与第七固支锚点连接，在第四固支锚点和第七固支锚点设置偏置电压，使得第一加热梁导通电流产生压阻热；第四固支锚点的下侧经第二加热梁与第八固支锚点连接，在四固支锚点和第八固支锚点之间设置偏置电压，使得第二加热梁导通电流参数压阻热；第四固支锚点的左侧经谐振梁与感温振荡器连接，第四固支锚点的右侧经敏感梁与MEMS加速度计连接；第七固支锚点和第八固支锚点上均设置有金属电极层，用于设置感温振荡器谐振梁和MEMS加速度计敏感梁的本体电压。

进一步的，敏感梁、谐振梁、第一加热梁和第二加热梁共同使用第四固支锚点和第四金属电极层，使得第一加热梁和第二加热梁所产生的压阻热通过第四固支锚点以相同的固体传热方式，传递给感温振荡器和MEMS加速度计，同时第四金属电极层能够维持感温振荡器和MEMS加速度计的本体电压。

进一步的，MEMS加速度计包括谐振模块、激励模块和检测模块，谐振模块包括敏感梁，激励模块设置在敏感梁的一侧，并与敏感梁连接，用于输入激励信号，检测模块设置在敏感梁的另一侧，并与敏感梁连接，用于检测振荡信号。

进一步的，谐振模块包括第五梳齿电极板和第六梳齿电极板，第五梳齿电极板与第六梳齿电极板位于敏感梁的两侧，并与敏感梁连接；敏感梁的一端与第四固支锚点连接，另一端通过传导梁经杠杆机构与质量块连接。

进一步的，金属电极层为正方形结构，边长为100～300μm。

进一步的，杠杆机构包括传导梁，传导梁的一端与敏感梁连接，另一端经第一折叠梁与质量块连接；第一折叠梁经第一支撑梁连接第三支撑锚点和第四支撑锚点；第一折叠梁经第二支撑梁连接第一支撑锚点和第二支撑锚点；第一折叠梁的两侧分别通过第一受力梁和第二受力梁与质量块连接，。

进一步的，感温振荡器的激励端电极板与检测端电极板同谐振梁连接极板之间形成梳齿电容结构，MEMS加速度计的激励端电极板与检测端电极板同敏感梁连接电极板之间形成梳齿结构，梳齿之间的间隙形成平行板电容，间隙的距离为1～10μm。

综上所述，针对现有MEMS加速度传感器局部温控技术的不足，设计一种基于对称式同模态温度补偿的MEMS加速度传感器，利用一体化同模态的感温振荡器作为温度感知模块，用其频率来标定温度，并与MEMS加速度传感器对称分布于加热梁两侧。在加速度传感器工作过程中，通过控制加热梁两端电流，使得感温振荡器频率在特定频率处趋于稳定，从而实现对加速度传感器的温度精准控制。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器的结构图；

图2为感温振荡器局部放大图；

图3为MEMS谐振式加速度传感器局部放大图；

图4为本发明温控测量电路结构原理图。

图5为本发明温控系统流程图。

其中：1.感温振荡器；1-1.谐振梁；1-2.第一金属电极层；1-3.第一固支锚点；1-4.第一梳齿电极板；1-5.第二梳齿电极板；2.MEMS谐振式加速度传感器；2.MEMS加速度计；2-1.第三梳齿电极板；2-2.第二金属电极层；2-3.第二固支锚点；3-1.第四梳齿电极板；3-2.第三金属电极层；3-3.第三固支锚点；4-1.第四固支锚点；4-2.第四金属电极层；5-1.敏感梁；5-2.第五梳齿电极板；5-3.第六梳齿电极板；5-4.传导梁；6-1.第七梳齿电极板；6-2.第五金属电极层；6-3第五固支锚点；7-1.第八梳齿电极板；7-2.第六金属电极层；7-3.第六固支锚点；8-1.质量块；8-2.第一受力梁；8-3.第二受力梁；8-4.第一折叠梁；8-5.第一支撑梁；8-6.第二支撑梁；8-7.第二折叠梁；8-8.第一支撑锚点；8-9.第二支撑锚点；8-10.第三支撑锚点；8-11.第四支撑锚点；9-1.第一加热梁；9-2.第七金属电极层；9-3.第七固支锚点；10-1.第二加热梁；10-2第八金属电极层；10-3.第八固支锚点；11-1.温控系统；11-2.振荡器振荡回路；11-3.加速度传感器振荡回路；11-4.频率计数器；11-5.频谱分析仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，将感温振荡器和MEMS谐振式加速度传感器的敏感结构相对于加热模块对称式分布，形成一体化结构，空间距离达到微米级，对加速度传感器敏感结构的温度测量更加真实；MEMS谐振式加速度传感器与温度感知的振荡器为同模态振动，二者工作模态频率的温度漂移一致，加工误差一致，温度控制更加精准。总之，解决了传统加速度传感器温控系统中温度补偿响应速度慢、测量温度不真实、补偿模块功耗高、体积大、系统组成复杂的问题。从提升温度测量精度、提升温度响应速度、减小加速度传感器温度补偿系统体积、降低系统功耗低等多个方面同时优化传统温度补偿系统存在的缺陷，从而实现对加速度传感器温度更精准的控制，抑制加速度传感器敏感结构的振荡频率由于外界环境温度变化产生的漂移。

请参阅图1，本发明一种基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，包括感温振荡器1、加热模块和MEMS加速度计2，MEMS加速度计2由敏感梁5-1通过杠杆机构与质量块8-1连接形成，能够将外界加速度变化转化为频率偏移量以检测外界加速度的大小；MEMS加速度计2设置在加热模块的一侧，加热模块的另一侧对称分布有感温振荡器1；加热模块通过电流产生电阻热，电阻热通过对称结构传递至感温振荡器1和MEMS加速度计2，感温振荡器1作为温度感知模块，利用频率标定温度实现对MEMS加速度计2的温度控制。

加热模块包括第一加热梁9-1、第二加热梁10-1、第四固支锚点4-1、第四金属电极层4-2、第七固支锚点9-3、第七金属电极层9-2、第八固支锚点10-3和第八金属电极层10-2。

第四金属电极层4-2设置在第四固支锚点4-1上，第四固支锚点4-1的上侧经第一加热梁9-1与第七固支锚点9-3连接，第七金属电极层9-2设置在第七固支锚点9-3上；第四固支锚点4-1的下侧经第二加热梁10-1与第八固支锚点10-3连接，第八金属电极层10-2设置在第八固支锚点10-3上；第四固支锚点4-1的左侧经谐振梁1-1与感温振荡器1连接，第四固支锚点4-1的右侧经敏感梁5-1与MEMS加速度计2连接。

请参阅图2，感温振荡器1包括谐振模块、激励模块和检测模块。

谐振模块包括谐振梁1-1、第一梳齿电极板1-4、第二梳齿电极板1-5、第一固支锚点1-3。

激励模块包括第三固支锚点3-3、第四梳齿电极板3-1和溅射于第三固支锚点3-3上的第三金属电极层3-2。

检测模块包括第二固支锚点2-3、第三梳齿电极板2-1和溅射于固支锚点上的第二金属电极层2-2。

谐振梁1-1的一端与加热模块连接，另一端与第一固支锚点1-3连接，第一固支锚点1-3上溅射有第一金属电极层1-2；

谐振梁1-1的一侧依次经第二梳齿电极板1-5和第四梳齿电极板3-1与第三固支锚点3-3连接，第三固支锚点3-3上溅射有第三金属电极层3-2；

谐振梁1-1的另一侧依次经第一梳齿电极板1-4和第三梳齿电极板2-1与第二固支锚点2-3连接，第二固支锚点2-3上溅射有第二金属电极层2-2，第一金属电极层1-2、第二金属电极层2-2和第三金属电极层3-2用于输入输出电学信号。

MEMS加速度计2和感温振荡器1的谐振模块为同一双端音叉梁氏结构。谐振模块包括敏感梁5-1、激励模块和检测模块，激励模块设置在敏感梁5-1的一侧，并与敏感梁5-1连接，检测模块设置在敏感梁5-1的另一侧，并与敏感梁5-1连接。

请参阅图3，谐振模块包括第五梳齿电极板5-2和第六梳齿电极板5-3，第五梳齿电极板5-2与第六梳齿电极板5-3位于敏感梁5-1的两侧，并通过短梁与敏感梁5-1连接；敏感梁5-1的一端与第四固支锚点4-1连接，另一端通过传导梁5-4经杠杆机构与质量块8-1连接，传递通过杠杆机构放大的加速度信号。

检测模块包括第五固支锚点6-3、第七梳齿电极板6-1和溅射于固支锚点上的第五金属电极层6-2；第五梳齿电极板5-2经第七梳齿电极板6-1与第五固支锚点6-3连接，第五固支锚点6-3上均匀溅射有用于输入输出电学信号的第五金属电极层6-2。

激励模块包括第六固支锚点7-3、第八梳齿电极板7-1和溅射于固支锚点上的第六金属电极层7-2；第六梳齿电极板5-3经第八梳齿电极板7-1与第六固支锚点7-3连接，第六固支锚点7-3上均匀溅射有用于输入输出电学信号的第六金属电极层7-2。

杠杆机构包括传导梁5-4，第一折叠梁8-4，第二折叠梁8-7，第一受力梁8-2，第二受力梁8-3，第一支撑梁8-5、第二支撑梁8-6和两侧支撑锚点。

敏感梁5-1的一端依次经传导梁5-4和第一折叠梁8-4与质量块8-1连接，第一折叠梁8-4经第一支撑梁8-5连接第三支撑锚点8-10和第四支撑锚点8-11；第一折叠梁8-4经第二支撑梁8-6连接第一支撑锚点8-8和第二支撑锚点8-9；第一折叠梁8-4的两侧分别设置有第一受力梁8-2和第二受力梁8-3，第一受力梁8-2和第二受力梁8-3分别连接质量块8-1和第一折叠梁8-4，将质量块8-1的惯性力传导至传导梁5-4，传导梁5-4经连接锚点与敏感梁5-1连接用于传递加速度的变化量。

第一支撑锚点8-8、第二支撑锚点8-9，第三支撑锚点8-10和第四支撑锚点8-11均与硅微基底连接，通过支撑梁与支撑锚点连接支撑整个杠杆机构。

质量块8-1悬空于硅微基底上，下方镂空，并与质量块支撑梁连接。

敏感梁5-1、谐振梁1-1、第一加热梁9-1、第二加热梁10-1共同使用第四固支锚点4-1和第四金属电极层4-2。

固支锚点、激励锚点、检测锚点的外形均为正方形，尺寸为100～300μm。

金属电极层的外形均为正方形，尺寸为100～300μm。

感温振荡器1和MEMS加速度计2的激励端电极板与检测端电极板同敏感梁5-1连接电极板之间形成梳齿结构，梳齿之间存在一定的间隙形成平行板电容用于提供往复激振力，其间隙尺寸为1～10μm。

请参阅图4，MEMS加速度计2经加速度传感器振荡回路11-3分别连接频率计数器11-4和频谱分析仪11-5，感温振荡器1经振荡器振荡回路11-2与温控系统11-1连接，通过温控系统11-1连接加热模块，感温振荡器振荡电路11-2和加速度传感器振荡电路11-3是针对谐振式加速度计的敏感梁和高频谐振器建立的闭环反馈控制回路；反馈控制回路包含放大器、带通、移相器和比较器；通过调节控制回路的各项参数，保证MEMS加速度计和振荡器能自激振荡于谐振频率附近。振荡的频率信息用频率计数器11-4和频谱分析仪11-5读取。

温控电路包括STM32单片机、FPGA、AD数字/模拟信号转换模块，由FPGA采集感温振荡器频率信号传输给STM32单片机，STM32单片机通过模糊PID算法处理信号并通过AD模块控制加热梁两端电压，通过电阻热调控谐振梁本体温度，维持感温振荡器频率稳定，从而实现温度补偿。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图5，本发明一种基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器的工作原理具体如下：

谐振梁和敏感梁的振动信号经过平板电极的静电检测后，进入包含放大器、带通、移相器和比较器的闭环振荡回路；

感温振荡器振荡回路由比较器产生的信号被分为两路，一路作为反馈信号输入敏感梁的激励极板以保证谐振器的自激振荡，另一路作为温度测量信号输入FPGA频率检测端口；

加热梁两端存在电压差，其上有电流流通，产生电阻热，电阻热通过中心固支端传递至MEMS谐振式加速度传感器和振荡器；

FPGA负责采集感温振荡器频率信号并将其反馈给STM32单片机；STM32单片机处理频率信号，通过模糊PID算法将频率信号与设定信号之前的偏差转化为电压信号，通过控制AD/DA模块，将直流电压输入至第一加热梁和第二加热梁两端电极板；使得第一加热梁和第二加热梁流通的电流发生变化，调控电阻热实现温度控制；

当MEMS谐振式加速度传感器承受外界加速度时，质量块在重力加速度的作用下，发生位移形变，质量块两端的杠杆机构将所受拉伸或压缩的应变进行一定比例的放大，使得质量块两端的敏感梁承受更大的拉伸应变或压缩应变；

敏感梁在拉伸应力和压缩应力的作用下，谐振频率产生相应的变化，当敏感梁受到拉伸应力时，硅微谐振梁由于刚度变大的缘故，其谐振频率增加；反之当敏感梁受到压缩应力时，谐振梁由于刚度变小的原因，其谐振频率降低；

当MEMS谐振式加速度传感器的温度稳定后，输出加速度信号，这样，通过测量敏感梁的谐振频率的变化推算传感器所承受的加速度大小。

综上所述，本发明一种基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，针对现有MEMS加速度传感器局部温控技术的不足，设计一种基于对称式同模态温度补偿的MEMS加速度传感器，利用一体化同模态的感温振荡器作为温度感知模块，用其频率来标定温度，并与MEMS加速度传感器对称分布于加热梁两侧。在加速度传感器工作过程中，通过控制加热梁两端电流，使得感温振荡器频率在特定频率处趋于稳定，从而实现对加速度传感器的温度精准控制。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，其特征在于，包括感温振荡器(1)和MEMS加速度计(2)，感温振荡器(1)和MEMS加速度计(2)对称设置在加热模块的两侧，感温振荡器(1)通过谐振梁(1-1)与加热模块连接，感温振荡器(1)利用频率标定温度实现对MEMS加速度计(2)的温度控制；MEMS加速度计(2)通过敏感梁(5-1)与加热模块连接，敏感梁(5-1)的另一端通过杠杆机构与质量块(8-1)连接，能够将外界加速度变化转化为频率偏移量以检测外界加速度的大小。

2.根据权利要求1所述的基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，其特征在于，感温振荡器(1)和MEMS加速度计(2)的谐振模块为同一双端音叉梁氏结构。

3.根据权利要求1所述的基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，其特征在于，谐振梁(1-1)的一端与加热模块连接，另一端与第一固支锚点(1-3)连接；谐振梁(1-1)的一侧依次经第二梳齿电极板(1-5)和激励模块的第四梳齿电极板(3-1)和第三固支锚点(3-3)连接；谐振梁(1-1)的另一侧经第一梳齿电极板(1-4)依次连接检测模块的第三梳齿电极板(2-1)与第二固支锚点(2-3)，第一固支锚点(1-3)、第二固支锚点(2-3)和第三固支锚点(3-3)上均溅射有金属电极层。

4.根据权利要求1所述的基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，其特征在于，加热模块包括第四金属电极层(4-2)，第四金属电极层(4-2)设置在第四固支锚点(4-1)上，第四固支锚点(4-1)的上侧经第一加热梁(9-1)与第七固支锚点(9-3)连接；第四固支锚点(4-1)的下侧经第二加热梁(10-1)与第八固支锚点(10-3)连接；第四固支锚点(4-1)的左侧经谐振梁(1-1)与感温振荡器(1)连接，第四固支锚点(4-1)的右侧经敏感梁(5-1)与MEMS加速度计(2)连接；第七固支锚点(9-3)和第八固支锚点(10-3)上均设置有金属电极层。

5.根据权利要求4所述的基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，其特征在于，敏感梁(5-1)、谐振梁(1-1)、第一加热梁(9-1)和第二加热梁(10-1)共同使用第四固支锚点(4-1)和第四金属电极层(4-2)。

6.根据权利要求1所述的基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，其特征在于，MEMS加速度计(2)包括谐振模块、激励模块和检测模块，谐振模块包括敏感梁(5-1)，激励模块设置在敏感梁(5-1)的一侧，并与敏感梁(5-1)连接，检测模块设置在敏感梁(5-1)的另一侧，并与敏感梁(5-1)连接。

7.根据权利要求6所述的基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，其特征在于，谐振模块包括第五梳齿电极板(5-2)和第六梳齿电极板(5-3)，第五梳齿电极板(5-2)与第六梳齿电极板(5-3)位于敏感梁(5-1)的两侧，并与敏感梁(5-1)连接；敏感梁(5-1)的一端与第四固支锚点(4-1)连接，另一端通过传导梁(5-4)经杠杆机构与质量块(8-1)连接；检测模块包括第五固支锚点(6-3)和第七梳齿电极板(6-1)；第五梳齿电极板(5-2)经第七梳齿电极板(6-1)与第五固支锚点(6-3)连接；激励模块包括第六固支锚点(7-3)和第八梳齿电极板(7-1)；第六梳齿电极板(5-3)经第八梳齿电极板(7-1)与第六固支锚点(7-3)连接，第五固支锚点(6-3)和第六固支锚点(7-3)上均匀溅射有金属电极层。

8.根据权利要求4或5或7所述的基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，其特征在于，金属电极层为正方形结构，边长为100～300μm。

9.根据权利要求1所述的基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，其特征在于，杠杆机构包括传导梁(5-4)，传导梁(5-4)的一端与敏感梁(5-1)连接，另一端经第一折叠梁(8-4)与质量块(8-1)连接；第一折叠梁(8-4)经第一支撑梁(8-5)连接第三支撑锚点(8-10)和第四支撑锚点(8-11)；第一折叠梁(8-4)经第二支撑梁(8-6)连接第一支撑锚点(8-8)和第二支撑锚点(8-9)；第一折叠梁(8-4)的两侧分别通过第一受力梁(8-2)和第二受力梁(8-3)与质量块(8-1)连接。

10.根据权利要求1所述的基于对称式同模态温度补偿的MEMS谐振式加速度传感器，其特征在于，感温振荡器(1)的激励端电极板与检测端电极板同谐振梁(1-1)连接极板之间形成梳齿电容结构，MEMS加速度计(2)的激励端电极板与检测端电极板同敏感梁(5-1)连接电极板之间形成梳齿结构，梳齿之间的间隙形成平行板电容，间隙的距离为1～10μm。

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