專利名稱：一種彈性系數(shù)可調(diào)的微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)械加速度計(jì)，屬于微機(jī)械慣性傳感器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
加速度計(jì)是用來測(cè)量物體所受加速度的器件，在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，高精度的加速 度計(jì)是關(guān)鍵的基本元件之一，是慣性單元中的重要組成部分。加速度計(jì)的種類很多，如液浮擺式加速度計(jì)、撓性擺式加速度計(jì)、振弦式加速度 計(jì)、擺式積分陀螺加速度計(jì)等。微機(jī)械加速度計(jì)是基于微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來的一種加速度 計(jì)，可將加速度計(jì)器件與敏感電路集成在同一塊芯片上，具有體積小，成本低等優(yōu)點(diǎn)，因而 在汽車電子和消費(fèi)電子領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。按敏感原理可將微機(jī)械加速度計(jì)分為壓阻 式，壓電式，熱隅式，隧道式，電容式等。其中電容式加速度計(jì)由于制作簡單，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn) 在微機(jī)械加速度計(jì)設(shè)計(jì)中頗受歡迎。電容式加速度計(jì)可分為兩種變間距式電容結(jié)構(gòu)和變面積式電容結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的梳 狀柵電容加速度計(jì)為變面積式電容結(jié)構(gòu)的加速度計(jì)，但由于其單元可動(dòng)電極和固定電極均 為矩形，因此其彈性系數(shù)不可調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種彈性系數(shù)可調(diào)的微機(jī)械梳狀柵電容加速 度計(jì)。本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思是傳統(tǒng)的微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)采用的是變面積式的電 容結(jié)構(gòu)，當(dāng)有加速度輸入時(shí)，會(huì)在敏感方向上產(chǎn)生位移，通過檢測(cè)位移量的大小，便可以得 到輸入加速度的大小。加速度計(jì)敏感方向上的彈性系數(shù)越小，相同加速度輸入下產(chǎn)生的位 移越大，加速度計(jì)器件靈敏度越高。本發(fā)明基于傳統(tǒng)的微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)，在敏 感方向上分布有對(duì)彈性系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的電調(diào)諧變面積電容，可用來調(diào)節(jié)加速度計(jì)的彈性系 數(shù)。該電調(diào)諧變面積電容的單元可動(dòng)電極的正表面與單元固定電極的正表面平行，將單元 固定電極的正表面形狀由傳統(tǒng)的矩形改為三角形或鋸齒形而單元可動(dòng)電極的正表面形狀 仍為矩形，或?qū)卧蓜?dòng)電極的正表面形狀由傳統(tǒng)的矩形改為三角形或鋸齒形而單元固定 電極的正表面形狀仍為矩形，并且使單元可動(dòng)電極的正表面與單元固定電極的正表面形成 具有一定特征的交疊。在單元固定電極與單元可動(dòng)電極上施加一電壓差，即可引入一等效 彈性系數(shù)從而調(diào)節(jié)加速度計(jì)敏感方向上總的彈性系數(shù)及諧振頻率。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是彈性系數(shù)可調(diào)的微機(jī)械梳狀柵電容 加速度計(jì)的敏感方向上分布有用來調(diào)節(jié)彈性系數(shù)的電調(diào)諧變面積電容，所述電調(diào)諧變面積 電容的每個(gè)單元電容中，可動(dòng)電極的正表面與固定電極的正表面相互平行，其中，所述可動(dòng) 電極的正表面為矩形且固定電極的正表面為三角形或鋸齒形，或者所述可動(dòng)電極的正表面 為三角形或鋸齒形且固定電極的正表面為矩形；所述三角形正表面僅與所述矩形正表面的 一條長邊交疊。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述鋸齒形正表面的鋸齒為三角形且所述三角形鋸齒僅與所述 矩形正表面的一條長邊交疊。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述鋸齒形正表面的鋸齒為梯形且所述梯形鋸齒僅與所述矩形 正表面的一條長邊交疊，交疊部分呈三角形。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述鋸齒形正表面的鋸齒為梯形且所述梯形鋸齒僅與所述矩形 正表面的一條長邊交疊，交疊部分呈梯形，所述梯形交疊部分的底邊與所述矩形正表面的 長邊平行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)(1)由于微機(jī)械加工工藝的離散性導(dǎo)致現(xiàn)有加速度計(jì)彈性系數(shù)有較大的離散性， 難以獲得一致的性能，而本發(fā)明加速度計(jì)可克服這一缺陷，通過其敏感方向上分布的用來 調(diào)節(jié)彈性系數(shù)的電調(diào)諧變面積電容調(diào)節(jié)彈性系數(shù)，使同批次加速度器件性能趨于一致。(2)微機(jī)械加工工藝難以獲得彈性系數(shù)很小、或者諧振頻率很 小的MEMS加速度 計(jì)，導(dǎo)致加速度計(jì)的靈敏度不夠高。本發(fā)明可對(duì)加速度計(jì)器件敏感方向上的彈性系數(shù)進(jìn)行 調(diào)節(jié)，使之趨于甚至等于0，從而獲得高靈敏度的MEMS加速度計(jì)。


圖1是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的單元固定電極為三角形時(shí)的第一種 單組單邊電容俯視圖；圖2是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的單元固定電極為三角形時(shí)的第二種 單組單邊電容俯視圖；圖3是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的單元固定電極為三角形時(shí)的第三種 單組單邊電容俯視圖；圖4是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的單元固定電極為三角形時(shí)的第四種 單組單邊電容俯視圖；圖5是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的單元固定電極為三角形時(shí)的第一種 單組差分電容俯視圖；圖6是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的單元固定電極為三角形時(shí)的第二種 單組差分電容俯視圖；圖7是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的單元固定電極為三角形時(shí)的第三種 單組差分電容俯視圖；圖8是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的單元固定電極為三角形時(shí)的第四種 單組差分電容俯視圖；圖9是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的單元固定電極為鋸齒形時(shí)的第一種 單組差分電容俯視圖；圖10是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的單元固定電極為鋸齒形時(shí)的第二種 單組差分電容俯視圖；圖11是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的單元可動(dòng)電極為鋸齒形且各鋸齒為 梯形時(shí)的第一種結(jié)構(gòu)俯視圖；圖12是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的單元可動(dòng)電極為鋸齒形且各鋸齒為梯形時(shí)的第二種結(jié)構(gòu)俯視圖；圖13是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖14是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的電調(diào)諧電容的固定電極俯視圖；圖15是本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的俯視圖。圖中1.單元可動(dòng)電極，2.單元固定電極，3.質(zhì)量塊，4.柵條，5.電調(diào)諧叉指， 6.普通叉指，7.梁，8.固定電極襯底，9.引出電極，10.外框，a.矩形單元可動(dòng)電極的寬度， b.矩形單元可動(dòng)電極的長度，c.直角三角形單元固定電極底邊的長度，d.直角三角形單 元固定電極的高度，h.單元可動(dòng)電極與單元固定電極的間距，e.單元可動(dòng)電極與單元固定 電極的初始交疊寬度，s.單元可動(dòng)電極與單元固定電極的交疊面積，χ.單元可動(dòng)電極的位 移，m.三角形單元固定電極的底邊長度，f.三角形單元固定電極的高度。
具體實(shí)施例方式如圖1至圖13所示，在本發(fā)明微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)的電調(diào)諧電容中，各單 元電容的每個(gè)單元可動(dòng)電極1的正表面與單元固定電極2的正表面相互平行。如圖1至圖8所示，當(dāng)單元可動(dòng)電極1的正表面為矩形，單元固定電極2的正表面 為三角形時(shí)，單元固定電極2的三角形正表面僅與單元可動(dòng)電極1的矩形正表面的一條長 邊交疊；當(dāng)單元可動(dòng)電極1的正表面為矩形，單元固定電極2的正表面為鋸齒形時(shí)，如圖9、 10所示，若單元固定電極2的各鋸齒為三角形，則各鋸齒僅與單元可動(dòng)電極1的矩形正表面 的一條長邊交疊。如圖13-15所示，在本發(fā)明彈性系數(shù)可調(diào)的微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)中，柵條4 即為單元可動(dòng)電極1，電調(diào)諧叉指5即為電調(diào)諧電容的單元固定電極2，普通叉指6即為傳 統(tǒng)變面積電容的單元固定電極2，單元可動(dòng)電極1的正表面是指與單元固定電極2正對(duì)的表 面，單元固定電極2的正表面是指與單元可動(dòng)電極1正對(duì)的表面。外框10固定在固定電極 襯底8上，電調(diào)諧叉指5固定在固定電極襯底8上，質(zhì)量塊3與梁7相連，梁7與外框10相 連，質(zhì)量塊3上的電信號(hào)通過引出電極9輸入或輸出，如圖14所示。梁7可以為U型梁、直 梁、折疊梁等，X軸方向?yàn)槊舾蟹较?。在電調(diào)諧叉指5與柵條4間施加一電壓，即可對(duì)本發(fā) 明梳狀柵電容加速度計(jì)敏感方向的彈性系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。如圖1所示，當(dāng)單元固定電極2的正表面為三角形且僅與單元可動(dòng)電極1的矩形 正表面的一條長邊交疊形成三角形的交疊區(qū)域，三角形單元固定電極2的一條邊與矩形單 元可動(dòng)電極1的長邊平行且三角形單元固定電極2的這條邊在交疊區(qū)域外。單元固定電極 2與單元可動(dòng)電極1的電壓差為V，三角形單元固定電極2底邊的長度為m，三角形單元固 定電極2的高度為f，單元可動(dòng)電極1沿X軸方向的位移為χ。由圖1可見，單元可動(dòng)電極 1與單元固定電極2的交疊部分的形狀為三角形，交疊區(qū)域的面積為S。當(dāng)單元可動(dòng)電極1 沿X軸正方向產(chǎn)生位移χ后，根據(jù)三角形的面積計(jì)算公式s=底邊長度X高度/2，可得單 元可動(dòng)電極1與單元固定電極2的交疊區(qū)域的面積s為
Im. .. 、S = -- — -(e-x)-(e-x)
上 J根據(jù)平板電容公式可得到電容大小為
<formula>formula see original document page 6</formula>根據(jù)切向靜電 力公式得到切向靜電力大小，即在X軸方向上的靜電力大小為巧=丄.化.廠2二丄.廠2.么一 2 dx 2 h dx最終得到在X軸方向上的等效彈性系數(shù)為
, dFx I ξ m-T'~F αχ 2 η j如圖2所示，當(dāng)單元固定電極2的正表面為三角形且僅與單元可動(dòng)電極1的矩形 正表面的一條長邊交疊。并且，三角形單元固定電極2的一條邊與矩形單元可動(dòng)電極1的 長邊平行且三角形單元固定電極2的這條邊與矩形單元可動(dòng)電極1交疊。此時(shí)，單元可動(dòng) 電極1與單元固定電極2的交疊部分的形狀為梯形，交疊區(qū)域的面積為S。根據(jù)梯形的面積 計(jì)算公式s =(上底長度+下底長度)X高度/2，得到單元可動(dòng)電極1與單元固定電極2 的交疊區(qū)域的面積s為
1 f-(e-x\S = --[m + ~------m]-(e-x)
2 f根據(jù)平板電容公式可得到電容大小為
^ S ξ 0 ξ 1 r f -{e-χ) π . . η η η 2f根據(jù)切向靜電力公式得到切向靜電力大小，即在X軸方向上的靜電力大小 Fx=H滬.L 竺為:
2 dx 2 h dx最終得到在X軸方向上的等效彈性系數(shù)為
, dFx I Τ.2 ξ m^ =—-Ti = --^ -f· —
dx 2 η j為方便說明本發(fā)明的技術(shù)方案，以下假設(shè)三角形單元固定電極2底邊的長度m為 2000um，三角形單元固定電極的高度f為10um，單元可動(dòng)電極1與單元固定電極2的間距h 為1. 5um,單元固定電極2與單元可動(dòng)電極1的電壓差V為15V。在梳狀柵電容微機(jī)械加速 度計(jì)器件中，假設(shè)敏感質(zhì)量塊質(zhì)量隊(duì)為5. 1882父10_61^，彈性系數(shù)1^為591. 19N/m，在未進(jìn) 行彈性系數(shù)的調(diào)整之前，根據(jù)諧振頻率計(jì)算公式得到加速度計(jì)器件敏感方向上的諧振頻率 fr為fr = —· — =1.69 89X103//Z
2π ]J ms如圖1所示，當(dāng)三角形單元固定電極2的一條邊與矩形單元可動(dòng)電極1的長邊平 行且三角形單元固定電極2的這條邊位于交疊區(qū)域外時(shí)，引入的等效彈性系數(shù)為負(fù)的常 數(shù)。一組單邊電容引入的等效彈性系數(shù)為-0. 1328N/m，在敏感方向分布40組單邊電容，弓丨 入的等效彈性系數(shù)為-5. 3120N/m，總的彈性系數(shù)為原彈性系數(shù)與引入的等效彈性系數(shù)之 和，即585. 878N/m，諧振頻率為1. 6913X IO3Hz,敏感方向的諧振頻率減小7. 6Hz。如圖2所示，當(dāng)三角形單元固定電極2的一條邊與矩形單元可動(dòng)電極1的長邊平 行且三角形單元固定電極2的這條邊與矩形單元可動(dòng)電極1交疊時(shí)，引入的等效彈性系數(shù)為負(fù)的常數(shù)。一組單邊電容引入的等效彈性系數(shù)為0. 1328N/m，在敏感方向分布40組單邊 電容，引入的等效彈性系數(shù)為5. 3120N/m，總的彈性系數(shù)為原彈性系數(shù)與引入的等效彈性系 數(shù)之和，即596. 502N/m，諧振頻率為1. 7065 X IO3Hz,敏感方向的諧振頻率增大7. 6Hz。如圖3所示，單元固定電極2的正表面為直角三角形且僅與單元可動(dòng)電極1的矩 形正表面的一條長邊交疊，直角三角形單元固定電極2的一條直角邊與單元可動(dòng)電極1的 矩形正表面的長邊平行，且直角三角形單元固定電極2的直角位于單元可動(dòng)電極1與單元 固定電極2的交疊區(qū)域外。單元固定電極2與單元可動(dòng)電極1的電壓差為V ；單元可動(dòng)電 極1的位移為χ，χ為單元可動(dòng)電極1在X軸方向上的位移，既可為正，也可為負(fù)；單元可動(dòng) 電極1與單元固定電極2的初始交疊寬度為e ；直角三角形單元固定電極2的高度為d，直 角三角形單元固定電極2的底邊的長度為c ；如圖13所示，單元可動(dòng)電極1與單元固定電 極2的間距為h。在單元可動(dòng)電極1沿X軸方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，單元可動(dòng)電極1與單元固定電極2 的間距h不變。單元可動(dòng)電極1與單元固定電極2的交疊部分的形狀為直角三角形，交疊 區(qū)域的面積為s。當(dāng)單元可動(dòng)電極1沿X軸正方向產(chǎn)生位移χ后，該交疊部分的直角三角形
底邊長度為e-x，高度為O-》·一根據(jù)三角形的面積計(jì)算公式s=底邊長度X高度/2，得
c ’
到單元可動(dòng)電極1與單元固定電極2的交疊區(qū)域的面積s為
<formula>formula see original document page 7</formula>根據(jù)平板電容公式可得到電容大小為
<formula>formula see original document page 7</formula>根據(jù)切向靜電力公式得到切向靜電力大小，即在X軸方向上的靜電力大小為<formula>formula see original document page 7</formula>最終得到在X軸方向上的等效彈性系數(shù)為
<formula>formula see original document page 7</formula>如圖4所示，單元固定電極2的正表面為直角三角形且僅與單元可動(dòng)電極1的矩 形正表面的一條長邊交疊，直角三角形單元固定電極2的一條直角邊與單元可動(dòng)電極1的 矩形正表面的長邊平行，且直角三角形單元固定電極2的直角位于單元可動(dòng)電極1與單元 固定電極2的交疊區(qū)域內(nèi)。單元可動(dòng)電極1與單元固定電極2的交疊區(qū)域的形狀為梯形， 交疊區(qū)域的面積為s。當(dāng)單元可動(dòng)電極1沿X軸正方向產(chǎn)生位移χ后，該梯形上底長度為
<formula>formula see original document page 7</formula>
—~"“-d下底長度為d，高度為e-x。根據(jù)梯形的面積計(jì)算公式S=(上底長度+下底 c ’
長度)X高度/2，得到單元可動(dòng)電極1與單元固定電極2的交疊區(qū)域的面積S為<formula>formula see original document page 7</formula>根據(jù)平板電容公式可得到電容大小為<formula>formula see original document page 7</formula>
根據(jù)切向靜電力公式得到切向靜電力大小，即在X軸方向上的靜電力大小
<formula>formula see original document page 8</formula>最終得到在X軸方向上的等效彈性系數(shù)為
<formula>formula see original document page 8</formula>為方便說明本發(fā)明的技術(shù)方案，以下假設(shè)矩形單元可動(dòng)電極1的寬度a為lOum，矩 形單元可動(dòng)電極1的長度b為2100um，直角三角形單元固定電極2底邊的長度c為lOum， 直角三角形單元固定電極2的高度d為2000um，單元可動(dòng)電極1與單元固定電極2的間距 h為1.5um，單元固定電極2與單元可動(dòng)電極1的電壓差V為15V。如圖3所示，當(dāng)直角三角形單元固定電極2的直角位于單元可動(dòng)電極1與單元 固定電極2的交疊區(qū)域外時(shí)，引入的等效彈性系數(shù)為負(fù)，一組單邊電容引入的等效彈性 系數(shù)為-0. 1328N/m，在敏感方向分布40組單邊電容，引入的等效彈性系數(shù)為_5. 3120N/ m，總的彈性系數(shù)為原彈性系數(shù)與引入的等效彈性系數(shù)之和，即585. 877N/m，諧振頻率為 1. 6913X IO3Hz,敏感方向的諧振頻率減小7. 6Hz。如圖4所示，當(dāng)直角三角形單元固定電極2的直角位于單元可動(dòng)電極1與單元 固定電極2的交疊區(qū)域內(nèi)時(shí)，引入的等效彈性系數(shù)為正，一組單邊電容引入的等效彈性 系數(shù)為0. 1328N/m，在敏感方向分布40組單邊電容，引入的等效彈性系數(shù)為5. 3120N/ m,總的彈性系數(shù)為原彈性系數(shù)與引入的等效彈性系數(shù)之和，即596. 502N/m,諧振頻率為 1. 7065 X IO3Hz,敏感方向的諧振頻率增大7. 6Hz。當(dāng)單元電容為差分電容時(shí)，如圖5 圖8所示，其單邊引入的等效彈性系數(shù)的計(jì)算 方法與前述方法相同，而該差分電容整體引入的等效彈性系數(shù)則為單邊引入的等效彈性系 數(shù)的兩倍。其中，在電容的結(jié)構(gòu)參數(shù)和個(gè)數(shù)確定且單元固定電極2與單元可動(dòng)電極1的電 壓差V為定值時(shí)，圖5和圖7所示的變面積電容引入的等效彈性系數(shù)為負(fù)數(shù)且為常數(shù)，圖6 和圖8所示的變面積電容引入的等效彈性系數(shù)為正數(shù)且為常數(shù)。當(dāng)單元固定電極2的正表面為鋸齒形時(shí)，如圖9、10所示，各鋸齒為三角形且僅與 單元可動(dòng)電極1的矩形正表面的一條長邊交疊。每個(gè)鋸齒與單元可動(dòng)電極1的矩形正表面 形成一個(gè)三角形鋸齒電容結(jié)構(gòu)，單個(gè)三角形鋸齒電容結(jié)構(gòu)所引入的等效彈性系數(shù)與之前所 述的計(jì)算方法相同，鋸齒形單元固定電極2引入的等效彈性系數(shù)為所有三角形鋸齒電容結(jié) 構(gòu)引入的等效彈性系數(shù)之和，最終得以調(diào)節(jié)敏感方向上總的彈性系數(shù)。同理，若單元可動(dòng)電極1的正表面為三角形、而單元固定電極2的正表面為矩形 (未在圖中示出)，則按上述計(jì)算方法可以知道，在電容的結(jié)構(gòu)參數(shù)和個(gè)數(shù)確定且單元固定 電極2與單元可動(dòng)電極1的電壓差V為定值時(shí)，具有該結(jié)構(gòu)的整個(gè)電容所引入的等效彈性 系數(shù)為或?yàn)樨?fù)數(shù)或?yàn)檎龜?shù)，且均為常數(shù)。圖11和圖12示出了單元可動(dòng)電極1的正表面為鋸齒形且各鋸齒為梯形、而單元 固定電極2的正表面為矩形的本發(fā)明變面積電容結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖11中的單元可動(dòng)電極1的鋸齒形正表面的各鋸齒為梯形且各梯形鋸齒僅與 單元固定電極2的矩形正表面的一條長邊交疊，交疊部分呈三角形，每個(gè)鋸齒與單元固定 電極2的矩形正表面形成一個(gè)梯形鋸齒電容結(jié)構(gòu)。此時(shí)，單個(gè)梯形鋸齒電容結(jié)構(gòu)所引入的等效彈性系數(shù)的計(jì)算方法與前述交疊部分呈三角形的電容的計(jì)算方法相同。在電容的結(jié)構(gòu) 參數(shù)和個(gè)數(shù)確定且單元固定電極2與單元可動(dòng)電極1的電壓差V為定值時(shí)，整個(gè)電容結(jié)構(gòu) 引入的等效彈性系數(shù)為單元固定電極2的所有梯形鋸齒電容結(jié)構(gòu)引入的等效彈性系數(shù)之 和，且或?yàn)樨?fù)數(shù)或?yàn)檎龜?shù)，且均為常數(shù)。 如圖12中的單元可動(dòng)電極1的鋸齒形正表面的各鋸齒為梯形且各梯形鋸齒僅與 單元固定電極2的矩形正表面的一條長邊交疊，交疊部分呈梯形，且梯形交疊部分的底邊 與所述矩形正表面的長邊平行。每個(gè)鋸齒與單元固定電極2的矩形正表面形成一個(gè)梯形鋸 齒電容結(jié)構(gòu)。此時(shí)，單個(gè)梯形鋸齒電容結(jié)構(gòu)所引入的等效彈性系數(shù)的計(jì)算方法與前述交疊 部分呈梯形的電容的計(jì)算方法相同。在電容的結(jié)構(gòu)參數(shù)和個(gè)數(shù)確定且單元固定電極2與單 元可動(dòng)電極1的電壓差V為定值時(shí)，整個(gè)電容結(jié)構(gòu)引入的等效彈性系數(shù)為單元固定電極2 的所有梯形鋸齒電容結(jié)構(gòu)引入的等效彈性系數(shù)之和，且或?yàn)樨?fù)數(shù)或?yàn)檎龜?shù)，且均為常數(shù)。同理，單元固定電極2的正表面為鋸齒形且各鋸齒為梯形、同時(shí)單元可動(dòng)電極1的 正表面為矩形的本發(fā)明變面積電容結(jié)構(gòu)(未在圖中示出)所引入的等效彈性系數(shù)或?yàn)樨?fù)數(shù) 或?yàn)檎龜?shù)，在電容的結(jié)構(gòu)參數(shù)和個(gè)數(shù)確定且單元固定電極2與單元可動(dòng)電極1的電壓差V 為定值時(shí)均為常數(shù)。在上述各實(shí)施例中，若應(yīng)用電調(diào)諧電容使梳狀柵電容加速度計(jì)敏感方向上的彈性 系數(shù)增大或減小5. 3120N/m，該梳狀柵電容加速度計(jì)敏感方向上的諧振頻率可相應(yīng)地增大 或減小7. 6Hz。在本發(fā)明的微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)中，通過調(diào)節(jié)單元固定電極2與單元 可動(dòng)電極1的電壓差V，就可以使諧振頻率變得更大或更??；通過設(shè)計(jì)具有更小的彈性系數(shù) 的梁結(jié)構(gòu)，甚至可以使微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)器件敏感方向上的彈性系數(shù)及諧振頻率 接近或等于0。
權(quán)利要求
一種彈性系數(shù)可調(diào)的微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)，其特征是在加速度計(jì)的敏感方向上分布有用來調(diào)節(jié)彈性系數(shù)的電調(diào)諧變面積電容，所述電調(diào)諧變面積電容的每個(gè)單元電容中，可動(dòng)電極的正表面與固定電極的正表面相互平行，其特征是所述可動(dòng)電極的正表面為矩形且固定電極的正表面為三角形或鋸齒形，或者所述可動(dòng)電極的正表面為三角形或鋸齒形且固定電極的正表面為矩形；所述三角形正表面僅與所述矩形正表面的一條長邊交疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彈性系數(shù)可調(diào)的微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)，其特征 是所述鋸齒形正表面的鋸齒為三角形且所述三角形鋸齒僅與所述矩形正表面的一條長邊交疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彈性系數(shù)可調(diào)的微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)，其特征 是所述鋸齒形正表面的鋸齒為梯形且所述梯形鋸齒僅與所述矩形正表面的一條長邊交 疊，交疊部分呈三角形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彈性系數(shù)可調(diào)的微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)，其特征 是所述鋸齒形正表面的鋸齒為梯形且所述梯形鋸齒僅與所述矩形正表面的一條長邊交 疊，交疊部分呈梯形，所述梯形交疊部分的底邊與所述矩形正表面的長邊平行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種彈性系數(shù)可調(diào)的微機(jī)械梳狀柵電容加速度計(jì)，屬于微機(jī)械慣性傳感器領(lǐng)域。在該加速度計(jì)的敏感方向上分布有用來調(diào)節(jié)彈性系數(shù)的電調(diào)諧變面積電容，所述電調(diào)諧變面積電容的每個(gè)單元電容中，可動(dòng)電極的正表面與固定電極的正表面相互平行，其中，所述可動(dòng)電極的正表面為矩形且固定電極的正表面為三角形或鋸齒形，或者所述可動(dòng)電極的正表面為三角形或鋸齒形且固定電極的正表面為矩形；所述三角形正表面僅與所述矩形正表面的一條長邊交疊。本發(fā)明通過其敏感方向上分布的用來調(diào)節(jié)彈性系數(shù)的電調(diào)諧變面積電容調(diào)節(jié)彈性系數(shù)，使同批次加速度器件性能趨于一致，甚至等于0，從而獲得高靈敏度的MEMS加速度計(jì)。
文檔編號(hào)G01P15/125GK101819215SQ20101015163
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者張霞, 朱輝杰, 胡世昌, 金仲和 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)