CN1847857A - 一种电容式mems加速度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电容式MEMS加速度传感器，其是由中间电极、上下电极构成的三明治式差动电容结构，中间电极包括边框、质量块、悬臂梁，其特点是中间可动电极的质量块中央开一个孔洞，中间电极的边框上加工多个缝隙。这样，当质量块做上下位移时，腔室中的空气可通中间电极的孔洞，并可从周边缝隙排出，可加强空气的流动，起到阻止质量块自由运动的作用。以减小阻尼，并起到降低噪音的作用。本发明结构简单，加工方便，可靠性高，可降低生产条件和成本，是一种理想的减小阻尼，降低噪音的电容式MEMS加速度传感器。

Description

一种电容式MEMS加速度传感器
技术领域
本发明涉及一种地震传感装置，具体地说是一种电容式MEMS加速度传感器。
背景技术
石油地震勘探中常用地震检波器，其阻尼调整方法是加阻尼环或调弹簧刚度、调整弹簧刚度，对灵敏度带来影响，加阻尼环是一种有效方法，当线圈在磁场中动动产生电流，而阻尼环产生一个反向磁场阻止线圈运动，起到阻尼作用。
电容式MEMS加速度传感器，包括上电极、下电极和可移动的中间电极，上电极、下电极是以微机械加工技术形成的槽型电极，中间电极包括边框、质量块、悬臂梁等，由中央可动电极和上下固定电极构成一个三明治结构受震后，中央电极发生位移引起上下电容量变化，阻尼产生在电容电极间有粘滞性气体，如空气。有的有氩气氮气等保护气体。这些气体在中央电极(质量块)振动时产生阻力。阻尼大，会减小传感器质因数Q
Q＝ω0m/b
式中ω0为固有频率；m为中间质量块的质量；b为空气或填充气体阻尼。
等效加速度的噪音an
an＝4KbTω0/Mq
式中Kb波尔兹曼常数，T为绝对温度。
从以上二式降低噪音的有效途径一是增加质量块，二是提高品质因数Q，提高品质因数Q的有效办法就是减小阻尼b。
减小阻尼还可采取真空办法，但真空封装设备复杂、昂贵，封接材料要求高。另外由于真空中间电极失去平衡。所以还要增加调整平衡电路。这样大大增加传感器的成本。在噪音达到要求的情况下，还是采取降低噪音的办法，降低成本，提高生产效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种构造紧凑、合理，封装容易，成本低，工作可靠，阻尼小，噪音低的电容式MEMS加速度地震传感器。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种电容式MEMS加速度传感器，包括上电极、下电极和可移动的中间电极，由中间电极、上下电极构成三明治式差动电容结构，上电极、下电极是以微机械加工技术形成的槽型电极，中间电极包括边框、质量块、悬臂梁，其特征在于：中间可动电极的质量块中央开一个孔洞，中间电极的边框上加工多个缝隙。
本发明质量块中央开一个孔洞，周边缝隙以微机械加工技术加工在中间电极边框上。对照现有技术，当质量块做上下位移时，腔室中的空气可通中间电极的孔洞，并可从周边缝隙排出，可加强空气的流动，起到阻止质量块自由运动的作用。以减小阻尼，并起到降低噪音的作用。
本发明结构简单，加工方便，可靠性高，不需要复杂抽真空设备。也不需要调整中间电极位置的任何附加电路，可降低生产条件和成本，是一种理想的减小阻尼，降低噪音的电容式MEMS加速度传感器。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图中1.上电极，2.质量块，3.下电极，4.边框，5.悬臂梁，6.孔洞，7.缝隙。
具体实施方式
从图1中可以看出，一种电容式MEMS加速度传感器，包括上电极1、下电极3和可移动的中间电极。中间电极受加速度的作用上、下移动，和上下电极一起构成变间距差动电容。上电极1、下电极3可以是高硅玻璃，也可以用单晶硅。它们是以微机械加工技术形成的槽型电极。上电极1、下电极3同时起到过载保护作用。中间电极夹在上电极1、下电极3之间，其是以[100]晶向的单晶硅为基体，用微机械加工技术形成一个包括边框4、质量块2、悬臂梁5等的一体复合梁结构。质量块2由悬臂梁5等支撑，位于上电极1、下电极3和边框4形成的槽中。受振动感受到加速度时，其受感部件质量块2可以实现上下平动，质量块的振动与上下固定电极间产生一个变间距的差动。本发明传感器的输出是电容量，为应用方便起见，备有相应的C-V变换电路等。经振荡电路作用于传感器，再经C-V变换电路、放大电路、A/D转换等，最后单片机输出。可获得模拟量输出，也可以实现数字量输出。具体的应用电路属于已有技术，这里不在详述。
本发明的特点是中间可动电极的质量块2中央开一个孔洞6，孔洞6可以是方孔，也可以是圆孔。中间电极的边框4上加工多个缝隙7。本发明缝隙7可以设在边框4与上电极1、下电极3接触的上、下侧面上。本发明质量块中央的孔洞5，中间电极边框4周边的缝隙7都是以微机械加工技术加工的。这样，当质量块2做上下位移时，腔室中的空气可通中间电极的孔洞6，并可从周边缝隙7排出，可加强空气的流动，起到阻止质量块自由运动的作用。以减小阻尼，并起到降低噪音的作用。
本发明结构简单，加工方便，可靠性高，不需要复杂抽真空设备。也不需要调整中间电极位置的任何附加电路，可降低生产条件和成本，是一种理想的减小阻尼，降低噪音的电容式MEMS加速度传感器。

Claims (2)

1、一种电容式MEMS加速度传感器，包括上电极、下电极和可移动的中间电极，由中间电极、上下电极构成三明治式差动电容结构，上电极、下电极是以微机械加工技术形成的槽型电极，中间电极包括边框、质量块、悬臂梁，其特征在于：中间可动电极的质量块中央开一个孔洞，中间电极的边框上加工多个缝隙。
2、如权利要求1所述的电容式MEMS加速度传感器，其特征在于：边框上的缝隙设在边框与上电极、下电极接触的侧面上。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100492016C (zh) * 2006-11-17 2009-05-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 微机械电容式加速度传感器及制作方法
CN101558316B (zh) * 2006-12-12 2011-06-08 罗伯特·博世有限公司 微机械的z传感器
CN102175890A (zh) * 2011-01-12 2011-09-07 北京航天控制仪器研究所 一种三明治式平动式闭环硅微加速度计
CN102426268A (zh) * 2011-11-09 2012-04-25 重庆大学 基于声光效应的mems微型加速度传感器
WO2014059832A1 (zh) * 2012-10-16 2014-04-24 无锡华润上华半导体有限公司 平行板电容器及包括该平行板电容器的加速度传感器
CN105241584A (zh) * 2015-10-14 2016-01-13 华东光电集成器件研究所 一种电容式压力传感器
CN108217575A (zh) * 2017-12-11 2018-06-29 华南师范大学 一种传感器及其制备方法
CN110568220A (zh) * 2019-08-27 2019-12-13 华东光电集成器件研究所 一种抗干扰耐过载mems加速度计
CN111960374A (zh) * 2020-06-05 2020-11-20 东南大学 一种pt对称垂动微机电系统
CN112114163A (zh) * 2019-06-20 2020-12-22 意法半导体股份有限公司 具有高耐粘滞性的mems惯性传感器
WO2020258813A1 (zh) * 2019-06-26 2020-12-30 潍坊歌尔微电子有限公司 一种加速度计、环境传感器的集成芯片及其制造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4102805A1 (de) * 1991-01-31 1992-08-13 Bosch Gmbh Robert Kapazitiver beschleunigungssensor
JPH10177034A (ja) * 1996-12-17 1998-06-30 Sumitomo Precision Prod Co Ltd 静電容量型加速度センサとその製造方法
US6105427A (en) * 1998-07-31 2000-08-22 Litton Systems, Inc. Micro-mechanical semiconductor accelerometer
CN1318862C (zh) * 2003-04-14 2007-05-30 威海双丰电子传感有限公司 加速度地震传感器
CN2821576Y (zh) * 2005-04-15 2006-09-27 威海双丰电子集团有限公司 一种电容式mems加速度传感器

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100492016C (zh) * 2006-11-17 2009-05-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 微机械电容式加速度传感器及制作方法
CN101558316B (zh) * 2006-12-12 2011-06-08 罗伯特·博世有限公司 微机械的z传感器
CN102175890A (zh) * 2011-01-12 2011-09-07 北京航天控制仪器研究所 一种三明治式平动式闭环硅微加速度计
CN102426268A (zh) * 2011-11-09 2012-04-25 重庆大学 基于声光效应的mems微型加速度传感器
WO2014059832A1 (zh) * 2012-10-16 2014-04-24 无锡华润上华半导体有限公司 平行板电容器及包括该平行板电容器的加速度传感器
US9903884B2 (en) 2012-10-16 2018-02-27 Csmc Technologies Fab1 Co. Ltd. Parallel plate capacitor and acceleration sensor comprising same
CN105241584A (zh) * 2015-10-14 2016-01-13 华东光电集成器件研究所 一种电容式压力传感器
WO2019114390A1 (zh) * 2017-12-11 2019-06-20 华南师范大学 一种传感器及其制备方法
CN108217575A (zh) * 2017-12-11 2018-06-29 华南师范大学 一种传感器及其制备方法
CN112114163A (zh) * 2019-06-20 2020-12-22 意法半导体股份有限公司 具有高耐粘滞性的mems惯性传感器
US11543428B2 (en) 2019-06-20 2023-01-03 Stmicroelectronics S.R.L. MEMs inertial sensor with high resistance to stiction
CN112114163B (zh) * 2019-06-20 2023-04-25 意法半导体股份有限公司 具有高耐粘滞性的mems惯性传感器
WO2020258813A1 (zh) * 2019-06-26 2020-12-30 潍坊歌尔微电子有限公司 一种加速度计、环境传感器的集成芯片及其制造方法
CN110568220A (zh) * 2019-08-27 2019-12-13 华东光电集成器件研究所 一种抗干扰耐过载mems加速度计
CN110568220B (zh) * 2019-08-27 2021-04-30 华东光电集成器件研究所 一种抗干扰耐过载mems加速度计
CN111960374A (zh) * 2020-06-05 2020-11-20 东南大学 一种pt对称垂动微机电系统
CN111960374B (zh) * 2020-06-05 2023-10-03 东南大学 一种pt对称垂动微机电系统

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