CN116298387A - 一种加速度计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加速度计，加速度计包括基底和检测装置，基底具有相邻设置的支撑锚点和电极固定锚点，检测装置包括两个检测板以及对应设置的检测电极，检测电极通过连接臂和电极固定锚点连接，检测板弹性连接于支撑锚点，且两个检测板相对于支撑锚点的轴线非对称设置，两者相互平行且方向相反，检测电极和检测板间隔设置，用于形成检测电容，其中，加速度计包括两个检测装置，且两个检测装置位于同一平面内，两个检测装置中的检测板分别相互垂直设置，同一检测装置的两个检测板相邻设置，不同检测装置之间的面内检测电极之间的走线可以相互分离，不相互交叉，减小了复杂走线带来的寄生电容的影响，从而提高了加速度计的检测精确度。

Description

一种加速度计

技术领域

本发明涉及加速度检测技术领域，尤其涉及一种加速度计。

背景技术

微机械加速度计使用于检测加速度的装置，当前一些微机械加速度计通过设置多个检测装置来进行不同方向的加速度检测，且设置多个检测结构共同配合完成差分检测，从而提高检测的敏感度和准确性，然而这种结构导致检测电极走线复杂，走线会相互交叉，容易产生寄生电容，对测量的准确性造成干扰。

发明内容

本发明提供了一种加速度计，用于解决加速度计容易受到干扰，检测精确度低的问题。

本发明提供了一种加速度计，所述加速度计包括：

基底，所述基底具有多个锚点，所述锚点至少包括相邻设置的支撑锚点和电极固定锚点；

检测装置，所述检测装置包括两个检测板以及对应设置的检测电极，所述检测电极通过连接臂连接于所述电极固定锚点，对应的所述检测板弹性连接于与所述电极固定锚点相邻的所述支撑锚点，用于减小所述检测板与所述检测电极的相对距离受所述基底形变的影响，且所述检测板的结构相对于其所连接的所述支撑锚点的轴线非对称设置，两个所述检测板的结构非对称的部分相互平行且方向相反，用于接入相位相反的载波驱动信号并形成差分驱动的检测结构，所述检测电极和所述检测板间隔设置，用于形成检测电容，所述检测电极包括面内检测电极和面外检测电极；

其中，所述加速度计包括两个所述检测装置，且两个所述检测装置位于同一平面，两个所述检测装置中的检测板分别相互垂直设置，同一所述检测装置的两个所述检测板相邻设置，当加速度计进行检测时，同一所述检测装置的两个所述检测板能够分别相对于所述检测电极产生方向相反的间距变化，所述加速度计通过分析所述检测板和所述检测电极之间的差分电容变化得到检测结果。

在一种可能的实施方式中，所述检测板包括中空的安装区域，所述检测电极包括面内检测电极和面外检测电极，所述面内检测电极位于所述安装区域，用于和所述检测板形成面内检测电容，所述加速度计还包括上盖，所述上盖盖合于所述基底，所述面外检测电极设置于所述基底或者所述上盖并和所述检测板间隔设置，用于和所述检测板形成面外检测电容。

在一种可能的实施方式中，所述检测板在所述安装区域内部具有多个检测部，多个所述检测部沿所述支撑锚点的轴线方向间隔设置，所述面内检测电极具有多个间隔设置的配合部，所述检测部和所述配合部相互配合形成面内检测电容。

在一种可能的实施方式中，同一所述检测板包括两个所述面内检测电极，所述连接臂和所述电极固定锚点位于所述安装区域内，两个所述面内检测电极分别通过所述连接臂和两个所述电极固定锚点连接，两个所述面内检测电极沿所述支撑锚点的轴线方向间隔设置且相互对称。

在一种可能的实施方式中，与所述面内检测电极连接的两个所述电极固定锚点位于与所述检测板连接的所述支撑锚点的轴线的同一侧。

在一种可能的实施方式中，所述检测电极包括多个所述面外检测电极，与同一所述检测板对应的多个所述面外检测电极分别设置在所述支撑锚点轴线的两侧。

在一种可能的实施方式中，同一所述检测装置中位于不同所述检测板的所述面内检测电极相互连接。

在一种可能的实施方式中，同一所述检测装置的两个所述检测板两端分别对齐。

本发明提供一种加速度计，加速度计包括基底和检测装置，基底具有相邻设置的支撑锚点和电极固定锚点，检测装置包括两个检测板以及对应设置的检测电极，检测电极通过连接臂和电极固定锚点连接，检测板弹性连接于支撑锚点，且两个检测板相对于支撑锚点的轴线非对称设置，两者相互平行且方向相反，检测电极和检测板间隔设置，用于形成检测电容，其中，加速度计包括两个检测装置，且两个检测装置位于同一平面内，两个检测装置中的检测板分别相互垂直设置，同一检测装置的两个检测板相邻设置，不同检测装置之间的面内检测电极之间的走线可以相互分离，减少相互交叉，减小了复杂走线带来的寄生电容的影响，从而提高了加速度计的检测精确度。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1为本发明提供的加速度计的一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明提供的加速度计的一种实施方式的另一视角的结构示意图；

图3为本发明提供的加速度计检测第一方向运动的示意图；

图4为本发明提供的加速度计检测第二方向运动的示意图；

图5为本发明提供的加速度计检测第三方向运动的示意图。

附图标记：

100-基底；

1-检测装置；

11-检测板；

111-检测部；

12-检测电极；

121-面内检测电极；

121a-配合部；

13-安装区域；

14-连接臂；

2-支撑锚点；

3-电极固定锚点；

4-扭簧。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

需要注意的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

如图1和图2所示，本发明提供一种加速度计，加速度计包括基底100和检测装置1，基底100具有锚点，锚点至少包括相邻设置的支撑锚点2和电极固定锚点3，检测装置1包括两个检测板11以及对应设置的检测电极12，检测电极12通过连接臂14连接于电极固定锚点3，对应的检测板11弹性连接于与电极固定锚点相邻的支撑锚点2，用于减小检测板11与检测电极12的相对距离受基底100形变的影响，且两个检测板11相对于其所连接的支撑锚点2的轴线非对称设置，两个检测板11的结构非对称的部分相互平行且方向相反，两个检测板11用于接入相位相反的载波驱动信号并形成差分驱动检测结构，检测电极12和检测板11间隔设置，用于形成检测电容，检测电极12包括面内检测电极121和面外检测电极，其中，加速度计包括两个检测装置1，且两个检测装置1位于同一平面内，两个检测装置1中的检测板11分别相互垂直设置，同一检测装置1的两个检测板11相邻设置，当加速度计进行检测时，同一检测装置1的两个检测板11能够分别相对于检测电极12产生方向相反的间距变化，加速度计通过分析检测板11和检测电极12之间的差分电容变化得到检测结果。

如图3至图5所示，检测板11弹性连接于支撑锚点2，成类似跷跷板的结构，且能够相对于支撑锚点2沿第一方向X和第二方向Y运动，当加速度计进行检测时，检测板11依靠自身惯性能够相对于基底100发生运动，从而改变检测板11于检测电极12之间的相对位置，具体的，检测板11会靠近或者远离检测电极12，从而改变检测电极12和检测板11之间的电容。同一检测装置1具有两个检测板11，且检测板11的结构相对于其所连接的支撑锚点2所在的轴线不对称，因此同一检测装置1的两个检测板11能够产生方向相反的运动。当加速度计检测第一方向X或者第二方向Y的加速度时，同一检测装置1的两个检测板11围绕支撑锚点2产生方向相反的转动，当加速度计检测第三方向Z的加速度时，同一检测装置1的两个检测板11能够围绕支撑锚点2的轴线产生方向相反的转动。

当对同一检测装置1的两个检测板11接入相位相反的载波驱动信号时，加速度计通过分析同一检测装置1的两个检测板11和检测电极12之间的差分电容的变化得到检测结果。如果在检测时受到旋转角加速度作用导致的与检测模态相同的运动方式时，以及基底100受到外界干扰因素发生倾斜时，通过两个检测板11围绕支撑锚点2发生方向相同的转动，从而通过差分电容的共模变化抵消影响，降低干扰因素对加速度计的影响，提升加速度计的检测精度。检测电极12通过连接臂14和另一电极固定锚点3连接，且连接臂14所连接的电极固定锚点3与检测板11所连接的支撑锚点2相邻，当外界应力等因素造成基底发生形变时，由于连接臂14和检测板11所连接的支撑锚点2位置相接近，因此基底形变造成的检测电容变化会被减弱，从而提高加速度计的抗干扰性。

如图1和图2所示，两个检测装置1位于同一平面内且相互垂直设置，用于检测第一方向X和第二方向Y的加速度。同一检测装置1的检测板11相互平行，不同检测装置1的检测板11相互垂直，且同一检测装置1的两个检测板11相邻设置，使同一检测装置1的两个检测板11的支撑锚点2距离更小，有利于降低基底100因为热应力等因素所带来的共模干扰，且不同检测装置1之间的面内检测电极121的走线能够相互独立，减少交叉，从而减小因为复杂走线造成的寄生电容造成的影响，进一步提高加速度计的检测精度。

如图1所示，在一种可能的实施方式中，检测板11包括中空的安装区域13，，面内检测电极121位于安装区域13，用于和检测板11形成面内检测电容，加速度计还包括上盖，上盖盖合于基底100，面外检测电极设置于基底100或者上盖，沿第三方向Z和检测板11间隔设置，用于和检测板11形成面外检测电容。

检测板11具有中空的安装区域13，安装区域13可以是矩形、圆形或者不规则的多边形等，用于设置检测电极12、支撑锚点2和电极固定锚点3等组件，其中面内检测电极121设置于安装区域13且固定安装于基底100，面内检测电极121能够于检测板11形成面内检测电容，支撑锚点2的轴线与第一方向X垂直的检测装置1用于检测第一方向X的加速度，其检测板11能够沿第一方向X运动并改变与其向对应的面内检测电极121的距离，从而改变面内检测电容的大小，同一检测装置1中的另一检测板11也能够时限相同的效果，两者相互配合通过差分电容变化并结合载波信号能够得到第一方向X的加速度。根据相类似的原理，通过相互垂直设置的另一检测装置1能够得到第二方向Y的加速度。

面外检测电极沿第三方向Z间隔设置在检测板11的一侧，当加速度计检测第三方向Z的加速度时，检测板11能够围绕支撑锚点2的转轴转动，因为同一检测装置1的检测板11的结构不沿支撑锚点2的轴线对称分布，且两个检测板11相互平行，且两者关于支撑锚点2的轴线不对称的部分沿第一方向反向设置，所以两个检测板11在检测第三方向Z的加速度时会围绕其支撑锚点2相互反向转动，从而分别和面外检测电极相互配合形成面外检测电容，两者通过差分电容变化并结合载波信号能够得到第三方向Z的加速度。根据相同的原理，另一检测装置1也能够实现对第三方向Z加速度的检测，从而提高加速度计检测的准确性和抗干扰能力。

如图1所示，在一种可能的实施方式中，检测板11在安装区域13内部具有多个检测部111，多个检测部111沿支撑锚点2的轴线方向间隔设置，面内检测电极121具有多个间隔设置的配合部121a，检测部111和配合部121a相互配合形成面内检测电容。

多个检测部111相互间隔分布呈述齿状，面内检测电极121相应间隔设置有多个配合部121a，配合部121a和检测部111相互间隔分布，且相互平行，形成面内检测电容。当检测板11在第一方向X或者第二方向Y运动时，检测部111与配合部121a之间的间距发生改变，面内检测电容相应发生变化，从而实现加速度的检测功能，多个检测部111和配合部121a形成多个面内检测电容，从而提高了检测的灵敏度和准确性。

如图1所示，在一种可能的实施方式中，同一检测板11包括两个面内检测电极121，两个面内检测电极121分别通过连接臂14和两个电极固定锚点3连接，两个面内检测电极121沿支撑锚点2的轴线方向间隔设置且相互对称。

同一检测装置1设置多个面内检测电极121，两个面内检测电极121可以相互平行设置用于对同一方向的加速度进行检测，可以先分别单路检测然后再进行差分，进一步提高检测的抗干扰能力，并提高检测灵敏度。

如图1所示，在一种可能的实施方式中，连接臂14和电极固定锚点3位于安装区域13内，连接臂14连接面内检测电极121和电极固定锚点3。

连接臂14用于面内检测电极121并将其固定在基底100，连接臂14所连接的支撑锚点2与检测板11连接的电极固定锚点3相邻，当基底100因为温度或者外界应力等因素导致变形时，由于支撑锚点2与电极固定锚点3相接近，因基底100变形造成的电容变化将被削弱，因此降低了基底100受到外界因素发生变形产生的应力的干扰性，提高了加速度检测的稳定性。

在一中可能的实施方式中，与面内检测电极121连接的两个电极固定锚点3位于与检测板11连接的支撑锚点2的轴线的同一侧。

加速度计检测面内运动速度时，检测板11会围绕自身所连接的支撑锚点2转动，检测板11位于支撑锚点2两侧的部分为沿相反的方向运动，与面内检测电极121连接的两个电极固定锚点3位于与检测板11连接的支撑锚点2位于同一侧时，多个面内检测电极121也能够位于与检测板11连接的支撑锚点2的同一侧，从而使面内检测电容能够产生相同的变化，便于加速度计对面内加速度进行检测。

如图1所示，在一种可能的实施方式中，检测电极12包括多个面外检测电极，与同一检测板11对应的多个面外检测电极分别设置在支撑锚点2轴线的两侧。

同一个检测板11对应设置有至少两个面外检测电极，且面外检测电极沿支撑锚点2的轴线对称分布。当检测板11围绕支撑锚点2的轴线转动时，检测板11与支撑锚点2一侧的面外检测电极的距离增大，与另一侧面外检测电极的距离缩小，并且改变检测板11与面外检测电极之间的面外检测电容。例如沿第三方向Z在一检测板11间隔设置有面外检测电极，分别形成面外检测电容C_Z1和C_Z5，C_Z1和C_Z5分别位于支撑锚点2轴线的两侧，也可以在支撑锚点2同侧设置多个面外检测电极形成多个面外检测电容，进一步提高检测的灵敏度。在同一检测装置1的另一检测板11设置面外检测电容C_Z2和C_Z6，其中C_Z1和C_Z2的变化趋势相反，两者所对应的面外检测电极相互连接，与两个C_Z1和C_Z2形成差分电容，从而提高检测的准确性。基于相似的原理，在另一检测装置1所对应的检测板11可以设置面外检测电容C_Z3、C_Z4、C_Z7和C_Z8，也能够通过形成差分电容的方式对加速度进行检测。两个检测装置1的对应差分面外检测电容互联，增强了Z轴加速度检测的灵敏度。两个检测装置1都能实现对第三方向Z加速度的检测，从而提高了加速度计检测的准确性。

在一种可能的实施方式中，同一检测装置1中位于不同检测板11的面内检测电极121相互连接。

同一检测装置1中的两个检测板11在检测时会向不同的方向运动，例如两个检测板11会在第一方向X反向运动，或者在第二方向Y反向运动，因此将两个方向运动的检测板11所对应的面内检测电极121连接时，能够形成检测差分电容并通过检测差分电容的变化能够实现对加速度的检测，提高检测的准确性。不同检测装置1之间的面内检测电极121的走线也会更加简洁，能够减少走线相互交叉的情况，从而降低因为走线交叉带来的串扰和寄生电容的影响。

如图1和图2所示，在一种可能的实施方式中，同一检测装置1的两个检测板11两端分别对齐。

同一检测装置1的两个检测板11相互对齐能够减小检测装置1的整体尺寸，从而减小检测装置1的体积和占用空间，当检测板11为矩形时，检测板11两端对齐后，检测装置1整体的形状也为矩形，两个检测装置1相互垂直布局时也能够相互对齐，加速度计的整体也能够形成矩形形状，从而实现节省空间的效果。

在一种可能的实施方式中，检测板11长度尺寸是其宽度尺寸的两倍。

加速度计包括两个检测装置1，不同检测装置1的检测板11相互垂直设置，一者的检测板11与第一方向X平行，另一者的检测板11与第二方向Y平行，检测板11的长度尺寸是另一者宽度尺寸的两倍，两个检测装置1相邻设置时能够节省空间，例如当检测板11是矩形时，检测装置1整体为正方向，便于两个检测装置1相邻设置。

扭簧4具有弹性，用于连接检测板11并能够给检测板11提供面内和面外的自由度，扭簧4可以是直梁，也可以是L型、U型和S型等组成的复合梁，当具有多个电极固定锚点3时，多个电极固定锚点3相互靠近集中设置且相对于支撑锚点2的中心对称分布或者阵列分布。扭簧4能够使检测板11在面内和面外转动，并且能够复位到初始位置，使检测板11处于和检测电极12相互平行的位置。

在以上加速度计的结构基础上，下面提供一种加速度计的具体实施例：

如图1和图2所示，加速度计包括两个相互垂直设置的检测装置1，每一个检测装置1包括两个平行且反向设置的检测板11，检测板11通过支撑锚点2与基底100弹性连接，且检测板11的结构相对于支撑锚点2所在的轴线不对称。检测电极12和检测板11对应设置，当加速度计处于稳定状态时，检测电极12和检测板11相互平行，当加速度计处于对应检测方向的加速度施加状态或加速度作用状态时，同一检测装置1的两个检测板11能够与检测电极12形成间距变化方向相反。两个检测装置1分别用于检测面内两个相互垂直方向上的加速度，以及面外的加速度。

如图3所示，当加速度计检测第一方向X的加速度时，一检测装置1的两个检测板11会分别接入相位相反的载波驱动信号，一者接入正向载波驱动信号V_p，另一者接入反向载波驱动信号-V_p，两个检测板11绕其支撑锚点2相互反向转动，固定两个检测板11的扭簧4会分别在第一方向X反向弯曲，且从而改变检测板11和检测电极12在第一方向X上的距离，进一步改变检测板11和检测电极12之间的电容大小，从而进一步形成差分电容，加速度计通过分析差分电容的变化以及载波驱动信号得到检测结果。

如图4所示，当加速度计检测第二方向Y的加速度时，另一检测装置1的两个检测板11会分别接入相位相反的载波驱动信号，一者接入正向载波驱动信号V_p，另一者接入反向载波驱动信号-V_p，固定两个检测板11的扭簧4会分别在第二方向Y反向弯曲，两个检测板11绕其支撑锚点2相互反向转动，从而改变检测板11和检测电极12在第一方向X上的距离，进一步改变检测板11和检测电极12之间的电容大小，从而进一步形成差分电容，加速度计通过分析差分电容的变化以及载波驱动信号得到检测结果。

如图5所示，当加速度计检测第三方向Z的加速度时，两个检测装置1的检测板11都会围绕支撑锚点2的轴线转动，具体的，一者的检测板11会围绕第一方向X转动，另一者的检测板11会围绕第二方向Y转动，且同一检测装置1的两个检测板11所转动的方向相反，从而改变检测板11与检测电极12之间的距离，从而形成差分电容，加速度计通过分析差分电容的变化以及载波驱动信号得到检测结果。

检测装置1的两个检测板11相邻设置，使检测电极12的走线能够相互分离，例如面内检测电极S_Y1和面内检测电极S_Y2分别设置在一检测装置1的两个检测板11，由于两个检测板11相邻设置，不同检测装置1的面内检测电极S_Y1和面内检测电极S_Y2的走线距离较短且能够减少走线交叉，从而降低因为走线交叉造成寄生电容的影响，提高了检测计检测的准确性。

具体的，面内检测电极12设置在检测板11的安装区域13，通过将检测电极12的电极固定锚点3靠近设置于检测板11的支撑锚点2，当基底100因为外界因素发生变形时，由于支撑锚点2和电极固定锚点3距离小，因为基底100变形造成的电容变化将削弱，从而提高加速度计的抗干扰能力，提高了检测的稳定性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种加速度计，其特征在于，所述加速度计包括：

基底，所述基底具有多个锚点，所述锚点至少包括相邻设置的支撑锚点和电极固定锚点；

检测装置，所述检测装置包括两个检测板以及对应设置的检测电极，所述检测电极通过连接臂连接于所述电极固定锚点，对应的所述检测板弹性连接于与所述电极固定锚点相邻的所述支撑锚点，用于减小所述检测板与所述检测电极的相对距离受所述基底形变的影响，且所述检测板的结构相对于其所连接的所述支撑锚点的轴线非对称设置，两个所述检测板的结构非对称的部分相互平行且方向相反，用于接入相位相反的载波驱动信号并形成差分驱动的检测结构，所述检测电极和所述检测板间隔设置，用于形成检测电容，所述检测电极包括面内检测电极和面外检测电极；

其中，所述加速度计包括两个所述检测装置，且两个所述检测装置位于同一平面，两个所述检测装置中的检测板分别相互垂直设置，同一所述检测装置的两个所述检测板相邻设置，当加速度计进行检测时，同一所述检测装置的两个所述检测板能够分别相对于所述检测电极产生方向相反的间距变化，所述加速度计通过分析所述检测板和所述检测电极之间的差分电容变化得到检测结果。

2.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述检测板包括中空的安装区域，所述面内检测电极位于所述安装区域，用于和所述检测板形成面内检测电容，所述加速度计还包括上盖，所述上盖盖合于所述基底，所述面外检测电极设置于所述基底或者所述上盖并和所述检测板间隔设置，用于和所述检测板形成面外检测电容。

3.根据权利要求2所述的加速度计，其特征在于，所述检测板在所述安装区域内部具有多个检测部，多个所述检测部沿所述支撑锚点的轴线方向间隔设置，所述面内检测电极具有多个间隔设置的配合部，所述检测部和所述配合部相互配合形成面内检测电容。

4.根据权利要求2所述的加速度计，其特征在于，同一所述检测板包括两个所述面内检测电极，所述连接臂和所述电极固定锚点位于所述安装区域内，两个所述面内检测电极分别通过所述连接臂和两个所述电极固定锚点连接，两个所述面内检测电极沿所述支撑锚点的轴线方向间隔设置且相互对称。

5.根据权利要求4所述的加速度计，其特征在于，与所述面内检测电极连接的两个所述电极固定锚点位于与所述检测板连接的所述支撑锚点的轴线的同一侧。

6.根据权利要求2所述的加速度计，其特征在于，所述检测电极包括多个所述面外检测电极，与同一所述检测板对应的多个所述面外检测电极分别设置在所述支撑锚点轴线的两侧。

7.根据权利要求2所述的加速度计，其特征在于，同一所述检测装置中位于不同所述检测板的所述面内检测电极相互连接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的加速度计，其特征在于，同一所述检测装置的两个所述检测板两端分别对齐。

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