專利名稱：數(shù)字式平衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝置，尤其涉及一種數(shù)字式力平衡裝置，該裝置將直接的數(shù)字靜電沖頭與由數(shù)字反饋回路充電的伺服回路盤結(jié)合。
諸如加速度盤一類的精密儀器被廣泛的用于各種行業(yè)中，如在輪船、導(dǎo)彈或飛機的加速度或減速度的測量中。傳統(tǒng)的加速度儀是利用一個擺錘形振子，由擺錘的位移來標(biāo)注加速度。為了使擺錘受力回到其初始的、位移前的位置，向擺錘施加一個通常由靜電場產(chǎn)生的力。通過探測產(chǎn)生靜電場所需要的電流可以判定加速度。最近的一種加速度儀的設(shè)計依賴于一個活動的石英電極，該電極定位于兩個固定的電極之間向石英基伸出懸臂?；顒与姌O與兩個活動電極分開。整體結(jié)構(gòu)是一種在玻璃層中的夾層結(jié)構(gòu)并電連接到監(jiān)控回路。
在使用諸如加速度儀等慣性裝置的任何系統(tǒng)中，有一個對慣性傳感器或加速度儀提供的數(shù)據(jù)進行處理的計算機。對于慣性裝置非常理想的是直接向計算器輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從而免除對復(fù)雜的量化回路的需要。實際上，它對數(shù)字表示信號的傳遞和處理要遠比舊的模擬形式的信號容易。
已有過利用靜電力構(gòu)造數(shù)字輸出加速度儀的嘗試。這一般地分為兩類電荷控制(US.5.142.921)和電壓控制(見US 07/514,114和07/908,520)。該發(fā)明裝置是電壓控制，意思是電壓施加到靜電力盤產(chǎn)生一個力。該發(fā)明還涉及系列號為08/097/084，題目為Electrostatically Force Balanced SiliconAccelerometer disclosing processes for fabricating electrostatic forcers的文章。
另外，STEWART等人的美國專利US.5,1442,921公開了一種用靜電荷控制的力平衡裝置。更精確地說，該發(fā)明就是一種采用了靜電敏感元件和在其反側(cè)的施力盤結(jié)合的擺錘。裝置的工作原理要求產(chǎn)生的力正比于施加電壓的平方。
這個被稱為平方律的原理需要利用微處理器對電壓取平方根得到力。這是比較復(fù)雜和費事的方法，并且是非線性的。潛在的誤差源包括平方根運算中的四舍五入或任何使用軟盤的查表指令。另外，任何與電壓脈沖的應(yīng)用有關(guān)的運算和時間常數(shù)都顯示具有不同脈沖高度的不同的力。
線性力平衡的另一種方法是通過控制工作循環(huán)使得在全循環(huán)的每個部分之間的差異是加速度的線性值。這種方法的一個缺點是它傾向于在全過程中使用最大的允許電壓，以至于有一種在反方向突然移動檢測質(zhì)量的可能。這通常被稱為“顫噪”。
對于優(yōu)良穩(wěn)定性的偏壓，當(dāng)將底座返回到零位置僅需要一個很小的力時，就可避免向底座施以較大的力。隨著向底座施以較大的力，靜電負彈性率的問題增多，并且與時間有關(guān)的非線性變的更糟。克服這些顫噪問題的一個方法是用高速時鐘達到好的分辨率；然而，對于多種應(yīng)用，這種方法引起對電壓的不可接受的增長。
上述的電壓偏壓，作為來自一直存在的偏壓的靜電場的結(jié)果，線性化力的方法顯示很大的負彈性率。在美國專利US.07/514,114公開的方法中沒有采用線性偏壓場而是根據(jù)施加電壓的方向，向位于加速度儀底座一側(cè)上的盤或其它施加電壓。
因此，目前存在對數(shù)字式力平衡裝置，提供一種與輸入的力成線性的數(shù)字碼輸出。這將避免了平方律的問題。
介于上述的問題，本發(fā)明數(shù)字裝置的一個目的在于提供一種與輸入的力呈線性的數(shù)字碼輸出。本發(fā)明的另一個目的是不需要平方或平方根就能獲得力平衡數(shù)據(jù)。本發(fā)明的再一個目的在于提供對寄生電容可忽略其敏感性的電壓驅(qū)動盤。本發(fā)明的還有一個目的在于在數(shù)字式力輸出中不需要運算放大或模擬階段。本發(fā)明的另一個目的在于采用簡化的電路；即由一個集成電路塊可得到的A/D轉(zhuǎn)換進行量化。還有一個目的在于本發(fā)明裝置應(yīng)用一個接近于零g的施力，在低g輸入中產(chǎn)生優(yōu)良的偏壓性能。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在優(yōu)選實施例中提供了一種數(shù)字式力平衡裝置，在本例中的加速度儀，它包括一個產(chǎn)生模擬輸出信號的半導(dǎo)體底座電極。底座被半導(dǎo)體襯底包圍。支撐包圍在襯底上的底座的鉸鏈將底座保持在一個懸掛的位置。在底座和包圍的襯底之間有一個縫隙。
靜電盤網(wǎng)以對稱排列設(shè)置在包圍襯底上底座的反側(cè)。理想的情況是，盤圍繞底座電極的動力學(xué)重心布置，將靜電荷分布到關(guān)鍵位置。
傳感電壓振蕩器連接到靜電盤上，而靜電盤在底座上感生一個信號。此信號被連接到底座的放大器放大。連接放大器的解調(diào)器解調(diào)模擬輸出信號，并將輸出饋送到積分器，積分器使模擬輸出信號平滑，并輸出一個具有表示避免底座位移而需要的力的幅值的恢復(fù)信號。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器接受恢復(fù)信號并輸出一個代表恢復(fù)信號幅值的數(shù)字輸出信號，然后持有多個與靜電盤對應(yīng)的寄存器。每個寄存器根據(jù)對連接到每個相應(yīng)靜電盤的FET開關(guān)的數(shù)字輸出信號有選擇的提供一個輸出控制信號。接著，F(xiàn)ET開關(guān)根據(jù)寄存器輸出信號將相應(yīng)的靜電盤激勵或接地。一旦靜電盤被激活，它就產(chǎn)生一個將底座恢復(fù)到初始位置的靜電場。
本發(fā)明的數(shù)字輸出信號因而與輸入的力成線性。因此，不再需要平方律解微處理器，并且相關(guān)的費用及復(fù)雜的操作也被免除。


圖1提供本發(fā)明最佳實施例的總示意視圖，表示加速度儀所帶有的反饋回路電路。
圖2和2A分別提供在包圍襯底上安置的靜電盤排列的最佳實施例的平面和放大視圖。
圖3是本發(fā)明另一個靜電盤的實施例平面圖。
圖4是限定單元和陣列圖型的示意圖。
圖5是圖2部分放大和連接的詳細示意圖。
以下對數(shù)字式力平衡裝置進行描述。在說明書中提出一種特殊的材料和結(jié)構(gòu)以對本發(fā)明提供一個更全面的理解。但本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解本發(fā)明并不局限于這些特例的描述。在一些實施例中為了不使本發(fā)明模糊，對眾所周知的元件不進行描述。
一般地，本發(fā)明指帶有反饋回路的數(shù)字式力平衡裝置。本發(fā)明裝置下的原理如同現(xiàn)有技術(shù)，如下所述。由于施力電極上的電壓V(底座勢能為零)而作用到底座上的力F為F=∈r∈oAV2δ2]]>在此，δ為底座和電極之間的間隙。A代表電極上的帶電面積；∈o是自由空間的介電常數(shù)；∈r是施力電極和底座之間間隙的相對電容率。
圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的概況圖。本發(fā)明裝置優(yōu)選實施例所指的加速度儀10采用在底座12兩側(cè)的多個電極14、16，其中每個電極14、16被分成二進制加權(quán)面積的單元。在此看到，一旦加速度儀10遇到慣性力，底座12就將移動并在電極14、16的盤產(chǎn)生的電場中發(fā)生變化。
圖2是優(yōu)選實施例裝置的平面圖。裝置有一個設(shè)置在面對(如之上或之下)底座42的襯底上的盤40。在另一個實施例中(未標(biāo)出)，盤也可設(shè)置在底座上。響應(yīng)于為產(chǎn)生一個非常接近輸入力的力所需要的二進制碼，在每個盤40上加一個恒定電壓。因為電壓V是一個常數(shù)，加速度儀10在平方率曲線上的一個點處以一單位面積的恒力工作。當(dāng)聚集到一起組成單元時，通過連續(xù)地對一個由激活的盤數(shù)定義的單位面積接通或斷開兩部于恒定電壓的電壓時，有足夠數(shù)目的單元被激勵并產(chǎn)生一個電場，將底座12返回到零位置。
在此定義幾個詞是很有用的?！皢卧比缟纤?，是設(shè)置在襯底上或在另一個實施例中的底座上的電極的單位面積。當(dāng)在這樣的單位面積上施加一個恒定電壓時，單元對底座產(chǎn)生一個微小量的力。
圖4是一個帶有更小的單元排列的電極草圖，以便于解釋。尤其是，圖4表示一個一位排列的單元或單位面積#1。第一個方單元#1有一個很小的位面積，并位于X和Y軸的中心。這是一個一位的單元#1。
每組中有相同數(shù)目的單元的兩組單元形成一個單元“陣列”。在襯底上的單元的合成陣列在整個襯底上形成一個單元“圖案”。
在圖4中兩個臨近的單元#2形成一個二位陣列。這些兩個單元#2位于X軸的中心并以第一單元#1左右對稱。兩個單元#2的每一個有一個一位的面積值，使得當(dāng)兩個單元#2被激勵時，它們表示兩位數(shù)值。
用四位陣列得到類似的結(jié)果，每個一位面積值包括四個單元#3。四位陣列由左面第二單元#2的左面的兩個單元#3和右面第二單元#2的右面的兩個單元#3組成。將這四個單元合起來，一位單元#3代表一個四位值陣列。
相反，從圖2和圖2A中看到，一位單元有四個組份#4，每個組份約占四分之一位的值。因此在更復(fù)雜的圖2和2A中的實施例里，四個四分之一位組份#4形成一位單元。對于每個兩位值陣列包括四個單元的接著的組份是四分之一位的組分#8。接著的組份是對于四位值#16，包括十六個四分之一位組份#16。再接著的組份是對于八位值#32。再接著的組份是對于十六位值#64。
單元的“組”包括在任何給定的時間內(nèi)一起被激勵的單元數(shù)S。在圖4中，對于一位值被激勵的單元數(shù)S是“一”，因為一個單元#1是個一位值。如圖4所示，對于兩位值，只有兩個#2單元被激勵里，所以S是二。類似地，對于四位值，只有圖4中的四個#3單元被激勵，因而S是四。所以連續(xù)組有二倍的值，如1，2，4，8，16，32，64等。
圖2和圖2A，后者是前者的放大圖，表示了一個更為復(fù)雜的陣列。S對于一位單元是一，但一位單元有四個組份#4。對于兩位值，接著的兩個外部單元被激勵，使得S為2，但這些單元的每一個有四個組份#8，因此八個組份被激勵。
在每種情況中，一組單元與另一組單元電絕緣。并位于電極形心的每一側(cè)。如圖5所示，它也是圖2的部分放大圖。為了清楚起見，一位單元#1從圖中刪去。內(nèi)接或單元內(nèi)的導(dǎo)體44示圖中。如前所述，包括四個一位單元#3的四位陣列被內(nèi)接。總線46和主導(dǎo)體48是對每組單元輸入/輸出信號的主要路徑。在一組內(nèi)，另外有內(nèi)設(shè)導(dǎo)體，從Y軸一側(cè)上的單元延伸到Y(jié)軸另一側(cè)上的單元內(nèi)。另外，單元內(nèi)的導(dǎo)體44與一個單元的組份電內(nèi)接。因此，為了在底座12發(fā)生位移后對其施力以回到其零位置，應(yīng)清楚，典型實施例中激勵單元的順序。
在圖5中，更重要的是注意在計算單元的總面積時必須加以考慮所有導(dǎo)體相對于鉸鏈的面積和位置。特別是，電壓出現(xiàn)在這些導(dǎo)體上并在底座上有一影響。影響的大小依據(jù)導(dǎo)體距鉸鏈的距離和導(dǎo)體的面積。
為了使單元的面積能夠被調(diào)解，以確保單元和導(dǎo)體圍繞X和Y軸對稱，例如，提供兩種類型的附加導(dǎo)體。首先，“微調(diào)”導(dǎo)體示于圖2，并連接于各個單元。微調(diào)導(dǎo)體位于特別的位置。接著，導(dǎo)引端被示出，但沒有被調(diào)節(jié)。
通過調(diào)節(jié)微調(diào)導(dǎo)體，并且有選擇地定位引導(dǎo)端，有選擇地定位單元，當(dāng)電壓施加到電極上時，沒有力矩圍繞著Y軸扭曲，并且相對的每個電極從相對的設(shè)置位置向底座施加相同的力。
最后，在圖2中有一個表示鉸鏈相對的虛線。虛線表示底座的端部，以至于示于實線中的內(nèi)設(shè)導(dǎo)體沒有任何力作用到底座上。
形成特別陣列的組相對于正交坐標(biāo)系(X和Y軸)對稱地定位于襯底上，一個組位于Y軸的一側(cè)，另一組位于Y軸的另一側(cè)，每個組相對于X軸對稱。
影響單元和組份特別布局的因素有幾個。這些因素是(1)晶片面積的利用率；和(2)使由電極施向底座的力矩圍繞著X軸和Y軸呈中性。這通過將所有的組份圍繞著X和Y軸對稱地設(shè)置而達到。例如在圖2中為了對稱，四位、八位和十六位陣列有處于“C”形或倒“C”形的單元。
在圖2、2A和3所示的本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)中，電極14、16的線路由上述各面積單元構(gòu)成。這樣是為了維持一個恒定的“切口周長”與“包圍面積”之比，這是為了精確的光刻圖案和蝕刻電極的金屬噴鍍所需要的。電極圖案的面積中心18位于底座的質(zhì)量中心或底座的振動中心之上(按需)。并且以擺軸對稱。電極面積的二進位換算功率對于導(dǎo)引連接數(shù)字計算機系統(tǒng)作為平行的二進制字節(jié)或字是非常理想的。這種技術(shù)對長測量時間的分辨率不僅僅局限在電極分辨率的位數(shù)上，因為小于最小位的變化可由連續(xù)時間周期內(nèi)不同的二進制碼之間的高頻振動所體現(xiàn)。此回路特別適合在10KHZ的頻率下工作。
在圖2和2A所示的優(yōu)選實施例中，底座12和與其相對的包圍襯底由半導(dǎo)體材料制成。電極表面最好由淀積薄金屬膜的硼硅酸玻璃制成。
圖1表示采用了圖2、2A和3中所示的電極盤圖案的數(shù)字反饋回路的工作情況。示于圖中的加速度儀10在底座20每側(cè)上有6個電極14、16，表示二進制率電極面積。為了便于解釋，在此顯示六個盤。這些盤16響應(yīng)于反饋回路提供的數(shù)字碼接地或通過FET開關(guān)22、24接一個恒定的參考電壓。可顯示少于或多于六個盤。至于有多少個單元是一個實踐的問題。因素包括(a)單元尺寸；(b)襯底面積尺寸；(c)希望的導(dǎo)體線寬(微米)；(d)保持一個陣列的RC時間常數(shù)等同于每個別的陣列的RC時間常數(shù)。
傳感振蕩器20向電極盤16提供一段時間的變化的參考信號。傳感振蕩器20用于提供底座12的最初起始位置(即傳感器為零位置)。傳感振蕩器20表現(xiàn)為一個傳統(tǒng)的振蕩器，典型的以100mv、250KHz工作。振蕩器20電容耦合到一個或所有盤16的每一側(cè)，以不干擾反饋回路產(chǎn)生的DC成份，敘述如下。
由電極盤16上的傳感信號產(chǎn)生的電場在底座12感生一個模擬信號。該信號被AC放大器26放大，這已為現(xiàn)有技術(shù)。
相位敏感解調(diào)器28移去起源于傳感振蕩器20的模擬信號的載波部分，并恢復(fù)底座12的位置。在這一步驟中，信號可被現(xiàn)有選擇地檢波。然后，解調(diào)器28的輸出信號經(jīng)過積分器30用任何需要的回路穩(wěn)定補償網(wǎng)絡(luò)被平均。
接著，積分器30的輸出信號被具有采樣并保持電容性的A/D轉(zhuǎn)換器32數(shù)字化。A/D轉(zhuǎn)換器32用作一個級聯(lián)電壓水平探測器，從而對輸入的模擬信號取樣并輸出輸入信號的六位字指示。
A/D轉(zhuǎn)換器32每個校正端的量化結(jié)果將輸出給系統(tǒng)。一個穩(wěn)定的時間導(dǎo)出信號控制著A/D轉(zhuǎn)換器32的取樣次數(shù)，典型值是數(shù)10千赫的速率。
從A/D轉(zhuǎn)換器32輸出的信號依據(jù)符號位被兩個寄存器34、36之一寄存，并因此加速儀盤16的底或底組分別對應(yīng)于數(shù)字碼。其它的寄存器被清除，加速儀盤16接地且不提供力。因此，具有從每個循環(huán)中產(chǎn)生的符號位的數(shù)字碼被輸出給激活的特種FET開關(guān)22、24，并依次激活電極盤16。一旦恒定電壓施加給激勵的電極盤14、16，盤上產(chǎn)生的靜電場就將底座12恢復(fù)到其初始位置。
欲測量力的大小，可將A/D轉(zhuǎn)換器32輸出的信號傳送給任選的微處理器(未標(biāo))，將數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成探得的加速度的近似數(shù)值。在這種方式中，不使用平方律，并且也不存在相應(yīng)的不準(zhǔn)確和與平方根計算及查表相應(yīng)的復(fù)雜性。
權(quán)利要求
1.一種用于探測外界力的數(shù)字式力平衡裝置，包括一個底座；一個襯底；兩個設(shè)置在跨在底座上的襯底上的電極，其中每個電極被分成多個單元，而每個單元有一個極小的位面積；一個獲得數(shù)字信號的回路，數(shù)字信號的值代表在每個相等的時間單元內(nèi)在外界力的作用下底座的速度，其中，外界力從零位置移動底座，并且回路也產(chǎn)生一個恒定電壓信號；由此根據(jù)數(shù)字信號值，回路將恒定的電壓信號施加到選定的單元上，激勵一定數(shù)目的單元，單元的數(shù)目以促使底座返回到零位置需要的力而定，而力來自于恒定電壓信號施于單元產(chǎn)生的電場。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式力平衡裝置，其中，該裝置還包括單元的陣列，每個單元陣列的面積被選為最小位面積的二進制倍數(shù)，將恒定電壓信號加到為最小位面積二進制倍數(shù)的選定的單元的陣列上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字式力平衡裝置，其中，該電極還包括一種半導(dǎo)體材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式力平衡裝置，其中，該單元的陣列之間是電分離的。
5.一種向數(shù)字式力平衡裝置襯底上的懸臂式底座施力的方法設(shè)置底座，其中底座在零位置的每一側(cè)有一個零位置和一個力感生位置，底座響應(yīng)于外界力從零位置移動到一個力感生位置；該底座的每一側(cè)設(shè)置一個電極，每個電極有多個電分離單元，其中每個單元的面積值為最小位值；在每個相等的時間單元里，獲得一個具有代表底座響應(yīng)于外界力而發(fā)生速度變化的值的數(shù)字信號，產(chǎn)生一個恒定的電壓信號；根據(jù)數(shù)字信號的值向選定的電極單元施加恒定的電壓信號，以激勵需要數(shù)目S的單元，利用來自向單元施加恒定電壓信號產(chǎn)生的電場的力促使底座從力感應(yīng)位置返回到零位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的向底座施力的方法，其中，向二進位倍數(shù)的單元施加恒定的電壓信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的向底座施力的方法，其中，在連續(xù)的時間單元中，選定的S數(shù)目中的特別數(shù)目的單元不與恒定電壓信號連接，而二倍于S數(shù)目的單元與恒定的電壓信號重接，這種連接與不連接的形式一直持續(xù)到底座返回到零位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的向底座施力的方法，其中，特別數(shù)目S依促使底座返回零位置所需要的量而變化。
9.一種探測外界力的數(shù)字式力平衡裝置包括一個襯底；一個提供輸出模擬信號的底座電極；一個以懸臂結(jié)構(gòu)將底座連接到襯底的鉸鏈；多個設(shè)置在底座電極每一側(cè)的靜電盤；與每一個靜電盤連接的控制開關(guān)；一個與靜電盤連接的傳感振蕩器；一個響應(yīng)于輸出模擬信號的積分器，提供表示底座位移的輸出恢復(fù)信號；一個響應(yīng)于輸出恢復(fù)信號的級聯(lián)電壓電平探測器，提供一個包含正比于輸出恢復(fù)信號的數(shù)據(jù)的輸出數(shù)字信號；對應(yīng)于一個盤的寄存器，接收級聯(lián)電壓水平探測器的輸出數(shù)字信號，其中寄存器激活各自的控制開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，該數(shù)據(jù)還包括一個包含符號位的多位詞。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，該多個盤還包括設(shè)置在第二個盤反側(cè)的第一個盤，寄存器還包括分別與第一盤和第二盤連接的第一寄存器和第二寄存器，其中，從級聯(lián)電壓水平探測器輸出的數(shù)字信號根據(jù)符號位導(dǎo)向第一和第二寄存器。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，該裝置還包括一個放大器和一個聯(lián)接底與積分器的解調(diào)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，該盤按照二進位模式被激活。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，該級聯(lián)電壓水平探測器還包括一個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，該控制開關(guān)還包括場效應(yīng)晶體管。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，該盤安置成預(yù)定的網(wǎng)格圖形。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，該底座包括一個面心和圍繞該面心設(shè)置的盤。
18.一種探測外界力的數(shù)字式力平衡裝置，包括一個提供模擬輸出信號的底盤；一個包圍著底盤的襯底；一個將底座支撐在包圍襯底上的鉸鏈；設(shè)置在包圍襯底上的靜電盤；一個與靜電盤聯(lián)結(jié)的傳感電壓振蕩器；一個積分器，接收模擬輸出信號并提供一個具有表示底座位移的幅值的恢復(fù)信號；一個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，接收恢復(fù)信號并提供代表恢復(fù)信號幅值的數(shù)字輸出信號；多個對應(yīng)于靜電盤的寄存器，該寄存器響應(yīng)于數(shù)字輸出信號，根據(jù)數(shù)字輸出信號有選擇的提供輸出控制信號；和與每個相應(yīng)的靜電盤和各自的寄存器連接的控制開關(guān)，其中，輸出控制信號有選擇的激活控制開關(guān)；由此靜電盤被分別地激活并產(chǎn)生一個將底座恢復(fù)到初始位置的靜電場。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，該底座包括一個面心，靜電盤被布置在包圍的襯底上，與面心有一預(yù)定的距離。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，底座包括硅半導(dǎo)體材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，激活盤的數(shù)量與包含在數(shù)字輸出信號中的值成正比例地增加。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，每個盤為一種硅半導(dǎo)體材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，該每個盤還包括一種正方形形狀。
24.一種探測外界力的數(shù)字式力平衡裝置，包括一個半導(dǎo)體底座電極，提供一個模擬輸出信號；一個環(huán)繞的半導(dǎo)體襯底；一個在懸臂位置將底座支撐在包圍襯底上的鉸鏈；一個位于底座和包圍襯底之間的間隙；一個以網(wǎng)格狀圖形設(shè)置在包圍的襯底上的在底盤反側(cè)的靜電盤；一個與靜電盤連接的傳感電壓振蕩器；一個與底座連接的用于放大模擬輸出信號的放大器；一個與放大器連接的用于解調(diào)模擬輸出信號的解調(diào)器；一個積分器，接收解調(diào)器的模擬輸出信號并提供一個具有表示底座位移的幅值的恢復(fù)信號；一個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，接收恢復(fù)信號并提供代表恢復(fù)信號幅值的數(shù)字輸出信號；多個與靜電盤對應(yīng)的寄存器，接收數(shù)字輸出信號，其中每個寄存器根據(jù)數(shù)字輸出信號有選擇的提供輸出控制信號；與每個相應(yīng)的靜電盤及每個相應(yīng)的寄存器連接的FET開關(guān)，其中輸出控制信號有選擇的激活FET開關(guān)；由此靜電盤被分別地激活并產(chǎn)生一個將底座恢復(fù)到初始位置的電壓驅(qū)動靜電場。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中，該盤有一恒定的表面積。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中，當(dāng)每個盤激活時保持一個恒定的DC電壓。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中，該傳感電壓振蕩器產(chǎn)生一個AC電壓。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中，該盤還包括一種多邊形形狀。
全文摘要
諸如加速度儀(10)的數(shù)字式力平衡裝置被數(shù)字反饋回路(76、78、30、36、24和26、28、30、32、34、22)充電。該裝置將數(shù)字式靜電施力器直接與伺服電路盤(14、16)結(jié)合。加速度儀(10)有一個懸掛在電極兩側(cè)之間懸臂上的底座電極(12)設(shè)置在加速度儀上。每側(cè)電極(14、16)包括多個靜電盤(40)，靜電盤尺寸為面積乘二進制權(quán)重。在底座電極(12)中的感應(yīng)信號通過A/D轉(zhuǎn)換器(32)在反饋回路中被量化，該信號激發(fā)適當(dāng)數(shù)量的盤(14、16)向底座(12)施力，以使底座(12)回到初始位置。
文檔編號G01P15/125GK1151210SQ95193794
公開日1997年6月4日 申請日期1995年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月31日
發(fā)明者基思·O·沃倫 申請人:利頓系統(tǒng)公司