一種石英振梁加速度計的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種石英振梁加速度計，包括加速度敏感元件，所述加速度敏感元件由位于同一平面的U型質(zhì)量塊、振梁、第一撓性橋、第二撓性橋、第一連接塊、第一連接梁、隔離框、第二連接梁、第二連接塊、第一固定塊和第二固定塊構(gòu)成。在加速度敏感元件的上下表面設(shè)有上下限位片，上限位片和下限位片兩端通過粘接層分別與第一固定塊和第二固定塊的上下表面粘接固定。上限位片和下限位片位于U型質(zhì)量塊上方和下方且與U型質(zhì)量塊的間距為粘接層的厚度。本實用新型通過限位片，起到對加速度敏感元件質(zhì)量塊運(yùn)動的位移量限制和阻尼作用，提高了加速度計的抗沖擊和抗振動能力，靈敏度也得到進(jìn)一步的提高。
【專利說明】一種石英振梁加速度計
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及基于諧振敏感原理的加速度傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種帶有限位片的石英振梁加速度計。
【背景技術(shù)】
[0002]石英振梁加速度計利用振梁受到軸向應(yīng)力時諧振頻率發(fā)生變化的性質(zhì)來檢測輸入的加速度，具有檢測精度高、準(zhǔn)數(shù)字輸出等優(yōu)點(diǎn)，在高精度加速度測量領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]石英振梁加速度計的諧振元件有雙振梁和單振梁兩種結(jié)構(gòu)，代表公司分別為美國的Kearfott和法國的Onera。Kearfott公司采用雙振梁結(jié)構(gòu),振梁和質(zhì)量塊等其它輔助結(jié)構(gòu)分開制作，然后通過粘接等方式組裝到一起，制作工藝繁瑣不適合大批量生產(chǎn)。法國Onera創(chuàng)新性地將石英振梁加速度計的所有結(jié)構(gòu)制作于單一芯片結(jié)構(gòu)上，且可通過MEMS工藝一體化制作，體積小、成本低且裝配簡單，綜合精度已達(dá)300ug,單個芯片的直徑為6mm,產(chǎn)品已實現(xiàn)批量化生產(chǎn)并在載體導(dǎo)航、制導(dǎo)及工業(yè)控制領(lǐng)域大量應(yīng)用。
[0004]然而，由于法國Onera的石英振梁加速度計未施加任何保護(hù)裝置，抗沖擊和抗振動能力差，且其一階模態(tài)的諧振頻率需高于2000Hz以滿足環(huán)境使用要求，致使器件的靈敏度進(jìn)一步提升的難度較大(目前兩個器件差分后的靈敏度為24Hz/g)，制約了加速度計綜合性能的提聞。
實用新型內(nèi)容
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實用新型的目的是提供一種抗沖擊和抗振動能力強(qiáng)、靈敏度高的石英振梁加速度計。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種石英振梁加速度計，包括加速度敏感元件，所述加速度敏感元件由位于同一平面的U型質(zhì)量塊、振梁、第一撓性橋、第二撓性橋、第一連接塊、第一連接梁、隔離框、第二連接梁、第二連接塊、第一固定塊和第二固定塊構(gòu)成。所述U型質(zhì)量塊開口朝向第一連接塊并通過第一撓性橋和第二撓性橋?qū)烧叨瞬窟B接，第一連接塊用于支撐U型質(zhì)量塊。所述振梁位于U型質(zhì)量塊和第一連接塊合圍形成的矩形區(qū)域內(nèi)且振梁兩端分別與U型質(zhì)量塊開口中部和第一連接塊中部連接。U型質(zhì)量塊和第一連接塊位于隔離框內(nèi)，第一連接塊背向振梁的另一面通過第一連接梁與隔離框一條邊內(nèi)側(cè)連接。隔離框上與連接第一連接梁的那條邊相對的另一條邊的外側(cè)通過第二連接梁與第二連接塊連接，第一固定塊和第二固定塊設(shè)于第二連接塊兩側(cè)且相互平行以使三者形成U型結(jié)構(gòu)，隔離框位于該U型結(jié)構(gòu)的腔內(nèi)。在加速度敏感元件的上下表面設(shè)有兩正對的上限位片和下限位片，上限位片和下限位片兩端通過粘接層分別與第一固定塊和第二固定塊的上下表面粘接固定。上限位片和下限位片位于U型質(zhì)量塊上方和下方且與U型質(zhì)量塊的間距為粘接層的厚度。
[0008]所述U型質(zhì)量塊、振梁、第一撓性橋、第二撓性橋、第一連接塊、第一連接梁、隔離框、第二連接梁、第二連接塊、第一固定塊和第二固定塊在同一塊具有壓電效應(yīng)的石英晶體基材上一體制作而成。
[0009]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下有益效果:
[0010]1、通過在加速度敏感元件的上下位置設(shè)置一對限位片，起到對加速度敏感元件質(zhì)量塊運(yùn)動的位移量限制和阻尼作用，提高了加速度計的抗沖擊和抗振動能力。
[0011]2、由于限位片存在對質(zhì)量塊運(yùn)動的阻尼作用，加速度敏感元件的一階諧振頻率可小于2000Hz，相對于無限位片設(shè)置的加速度計，本實用新型中提出的加速度計其靈敏度也可得到進(jìn)一步的提聞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是使用本實用新型的石英振梁加速度計的立體分解圖；
[0013]圖2是各組成要素的組裝狀態(tài)的外觀圖；
[0014]圖3是沿圖2中A-A剖切線的剖面圖。
[0015]其中:1_石英振梁加速度計；2_加速度敏感元件；3-U型質(zhì)量塊；4-振梁；5a_第一撓性橋；5b-第二撓性橋；6_第一連接塊；7_第一連接梁；8_隔離框；9_第二連接梁；10-第二連接塊；lla-第一固定塊；llb-第二固定塊；20_上限位片；30_下限位片；40_粘接層。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型石英振梁加速度計I，包括加速度敏感元件2，所述加速度敏感元件2由位于同一平面的U型質(zhì)量塊3、振梁4、第一撓性橋5a、第二撓性橋5b、第一連接塊6、第一連接梁7、隔離框8、第二連接梁9、第二連接塊10、第一固定塊Ila和第二固定塊Ilb構(gòu)成。所述U型質(zhì)量塊3開口朝向第一連接塊6并通過第一撓性橋5a和第二撓性橋5b將兩者端部連接，第一連接塊6用于支撐U型質(zhì)量塊3。所述振梁4位于U型質(zhì)量塊3和第一連接塊6合圍形成的矩形區(qū)域內(nèi)且振梁4兩端分別與U型質(zhì)量塊3開口中部和第一連接塊6中部連接。U型質(zhì)量塊3和第一連接塊6位于隔離框8內(nèi)，第一連接塊6背向振梁的另一面通過第一連接梁7與隔離框8一條邊內(nèi)側(cè)連接。隔離框8上與連接第一連接梁的那條邊相對的另一條邊的外側(cè)通過第二連接梁9與第二連接塊10連接，第一固定塊Ila和第二固定塊Ilb設(shè)于第二連接塊10兩側(cè)且相互平行以使三者形成U型結(jié)構(gòu)，隔離框8位于該U型結(jié)構(gòu)的腔內(nèi)。在加速度敏感元件2的上下表面設(shè)有兩正對的上限位片20和下限位片30，上限位片20和下限位片30兩端通過粘接層40分別與第一固定塊Ila和第二固定塊Ilb的上下表面粘接固定。上限位片20和下限位片30位于U型質(zhì)量塊3上方和下方且與U型質(zhì)量塊的間距為粘接層的厚度。
[0018]所述U型質(zhì)量塊3、振梁4、第一撓性橋5a、第二撓性橋5b、第一連接塊6、第一連接梁7、隔離框8、第二連接梁9、第二連接塊10、第一固定塊Ila和第二固定塊Ilb在同一塊具有壓電效應(yīng)的石英晶體基材上一體制作而成。
[0019]有加速度輸入時，U型質(zhì)量塊3偏離初始位置，第一撓性橋5a和第二撓性橋5b發(fā)生撓曲變形，并引起振梁4振動頻率發(fā)生變化，通過檢測該頻率變化可解算出輸入加速度計值及方向。當(dāng)U型質(zhì)量塊3的位移量等于限位片與加速度敏感元件2之間的間距時，U型質(zhì)量塊3碰觸到限位片的表面，位移量被限制在較小的范圍內(nèi)，提高了石英振梁加速度計I的抗沖擊能力；石英振梁加速度計I的周圍為惰性氣體，在U型質(zhì)量塊3與上限位片20及下限位片30之間產(chǎn)生壓膜阻尼，有效降低U型質(zhì)量塊3在振動環(huán)境下的共振幅度，提高了石英振梁加速度計I的抗振動能力。無限位片設(shè)置的加速度計，為了滿足環(huán)境使用的需求，一階諧振頻率需大于2000Hz，限制了靈敏度的進(jìn)一步提升。本實用新型提出的石英振梁加速度計I通過在加速度敏感元件2的上下位置設(shè)置上限位片20和下限位片30，降低了其一階諧振頻率的限制條件，石英振梁加速度計I的靈敏度得到了提高。
[0020]本實用新型的上述實施例僅僅是為說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本實用新型的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護(hù)范圍之列。
【權(quán)利要求】
1.一種石英振梁加速度計，包括加速度敏感元件，所述加速度敏感元件(2)由位于同一平面的U型質(zhì)量塊(3)、振梁(4)、第一撓性橋(5a)、第二撓性橋(5b)、第一連接塊(6)、第一連接梁(7)、隔離框(8)、第二連接梁(9)、第二連接塊(10)、第一固定塊(Ila)和第二固定塊(Ilb)構(gòu)成；所述U型質(zhì)量塊開口朝向第一連接塊并通過第一撓性橋和第二撓性橋?qū)烧叨瞬窟B接，所述振梁位于U型質(zhì)量塊和第一連接塊合圍形成的矩形區(qū)域內(nèi)且振梁兩端分別與U型質(zhì)量塊開口中部和第一連接塊中部連接;U型質(zhì)量塊和第一連接塊位于隔離框(8)內(nèi)，第一連接塊背向振梁的另一面通過第一連接梁與隔離框(8) —條邊內(nèi)側(cè)連接；隔離框(8)上與連接第一連接梁的那條邊相對的另一條邊的外側(cè)通過第二連接梁(9)與第二連接塊(10)連接，第一固定塊(Ila)和第二固定塊(Ilb)設(shè)于第二連接塊(10)兩側(cè)且相互平行以使三者形成U型結(jié)構(gòu)，隔離框(8)位于該U型結(jié)構(gòu)的腔內(nèi)；其特征在于:在加速度敏感元件的上下表面設(shè)有兩正對的上限位片(20)和下限位片(30)，上限位片(20)和下限位片(30)兩端通過粘接層(40)分別與第一固定塊(Ila)和第二固定塊(Ilb)的上下表面粘接固定；上限位片(20)和下限位片(30)位于U型質(zhì)量塊(3)上方和下方且與U型質(zhì)量塊(3)的間距為粘接層(40)的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英振梁加速度計，其特征在于:所述U型質(zhì)量塊(3)、振梁(4)、第一撓性橋(5a)、第二撓性橋(5b)、第一連接塊(6)、第一連接梁(7)、隔離框(8)、第二連接梁(9)、第二連接塊(10)、第一固定塊(Ila)和第二固定塊(Ilb)在同一塊具有壓電效應(yīng)的石英晶體基材上一體制作而成。
【文檔編號】G01P15/03GK203643470SQ201420020970
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】林丙濤, 林日樂, 翁邦英 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所