一種加速度計中的z軸結構及三軸加速度計的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于微機電(MEMS)領域，更準確地說，涉及一種加速度計中的Z軸結構；本實用新型還涉及一種三軸加速度計。
【背景技術】
[0002]微機電加速度計是基于MEMS技術的慣性器件，用于測量物體運動的線運動加速度。它具有體積小、可靠性高、成本低廉、適合大批量生產等特點，因此具有廣闊的市場前景，其應用領域包括消費電子、航空航天、汽車、醫(yī)療設備和武器等等。
[0003]目前三軸加速度計通常有兩種實現方式，一種是拼湊的方法，將三個單軸結構或者一個雙軸和一個單軸兩個結構組合在一起實現三個軸向加速度的測量。第二種是采用單結構實現三軸加速度的測量。在單結構實現方案中一般通過偏心結構測量z軸加速度，在此種方案中除了 Z軸檢測運動利用了結構的偏心特征，在平面內某一軸(如X軸或y軸)的檢測運動也會受到結構偏心特征的影響，因而其運動實際為擺動而不是線運動，這種運動方式一方面會加劇軸間耦合，另一方面會減小電容變化量，從而大大降低了檢測的精度。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型為了解決現有技術中存在的問題，提供了一種加速度計中的Z軸結構。
[0005]為了實現上述的目的，本實用新型的技術方案是:一種加速度計中的Z軸結構，其特征在于，包括兩個結構對稱的慣性測量模塊，每個慣性測量模塊包括:
[0006]基板，以及位于基板上作為下電極的第一極片，
[0007]懸空在基板上方的質量塊；所述質量塊上設有與第一極片組成Z軸檢測電容的上電極；
[0008]用于連接基板和質量塊的彈性十字梁，所述彈性十字梁包括位于X軸方向上的第一彈性梁以及位于Y軸方向上的第二彈性梁，其中，第二彈性梁的兩端連接在基板的錨點上，第一彈性梁的兩端連接質量塊，或者是第一彈性梁的兩端連接在基板的錨點上，第二彈性梁的兩端連接質量塊；所述第一彈性梁偏離質量塊X軸方向的中線；
[0009]還包括將兩個慣性測量模塊中質量塊的兩側分別連接起來的連接梁；所述連接梁包括位于X軸方向上的橫梁，還包括位于Y軸方向上、一端與橫梁連接一端與質量塊側壁連接的縱梁；還設置有連接兩條橫梁的加強梁，其中，兩個慣性測量模塊中的第二彈性梁相對于加強梁對稱分布。
[0010]優(yōu)選的是，所述縱梁為彈性梁。
[0011]優(yōu)選的是，所述質量塊設置有通孔，所述第一彈性梁連接在通孔的側壁上。
[0012]優(yōu)選的是，所述第二彈性梁位于質量塊Y軸方向的中線上。
[0013]優(yōu)選的是，所述第一極片的數量有兩個，對稱分布在第一彈性梁的兩側。
[0014]優(yōu)選的是，所述加強梁設置有兩個，兩個加強梁平行設置，與橫梁圍成一矩形框。
[0015]優(yōu)選的是，還包括分別連接矩形框對角的兩個斜梁。
[0016]本實用新型還提供了一種三軸加速度計，包括上述的Z軸結構；其中，所述質量塊在Y軸、X軸方向上還設置有第一可動電極、第二可動電極；所述基板上設置有用于與第一可動電極、第二可動電極分別組成Y軸檢測電容、X軸檢測電容的第一固定電極、第二固定電極。
[0017]優(yōu)選的是，所述第一可動電極和/或第二可動電極分別設置有兩個，分別位于質量塊相對的兩側。
[0018]優(yōu)選的是，第一可動電極與第一固定電極之間和/或第二可動電極與第二固定電極之間構成梳齒電容結構。
[0019]本實用新型的加速度計，平面內的某一軸(X軸、Y軸)的運動不會受到結構偏心特性的影響，使得X軸、Y軸的運動均是線運動，從而不會加劇軸間的耦合；另一方面也不會降低在質量塊在X軸、Y軸上的位移量，從而提高了電容檢測的精度。
【附圖說明】
[0020]圖1示出了本實用新型三軸加速度計的結構示意圖。
[0021]圖2示出了圖1中連接梁的結構示意圖。
[0022]圖3示出了本實用新型三軸加速度計另一實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為了使本實用新型解決的技術問題、采用的技術方案、取得的技術效果易于理解，下面結合具體的附圖，對本實用新型的【具體實施方式】做進一步說明。
[0024]參考圖1，本實用新型提供了一種加速度計中的Z軸結構，其包括兩個結構對稱的慣性測量模塊，每個慣性測量模塊包括基板(視圖未給出)，在該基板上可以布圖慣性測量模塊的電路等部件。該基板上設置有作為下電極的第一極片4 (視圖中以虛線表示)。
[0025]還包括位于基板上方的質量塊1，以及將該質量塊I支撐在基板上方的支撐系統(tǒng)5。該支撐系統(tǒng)5為一彈性十字梁，其包括第一彈性梁12以及第二彈性梁11，該第一彈性梁12和第二彈性梁11十字交叉固定在一起，優(yōu)選的是，固定連接點位于兩條彈性梁的中部，其中，所述第一彈性梁12位于X軸方向上，所述第二彈性梁11位于Y軸方向上。其中，第二彈性梁11的兩端連接在基板的錨點6上，而第一彈性梁12的兩端連接質量塊I。通過第一彈性梁12、第二彈性梁11、錨點6將質量塊I支撐在基板的上方，使得質量塊I處于懸空的狀態(tài)。在本實用新型一個具體的實施例中，所述質量塊I上設置有通孔，所述第一彈性梁12的兩端連接在通孔的內壁上。在本實用新型的另一實施例中，第一彈性梁12的兩端連接在基板的錨點6上，第二彈性梁11的兩端連接質量塊1，參考圖3。
[0026]在此需要提醒注意的時，本實用新型只是為了便于描述第一彈性梁12和第二彈性梁11之間的關系，將第一彈性梁12定為X軸方向，將第二彈性梁11定為Y軸方向，當然，也可以將第一彈性梁12定為Y軸方向，第二彈性梁11定為X軸方向，二者之間是相對的。
[0027]本實用新型的Z軸結構，所述第一彈性梁12偏離質量塊X軸方向的中線；使得該慣性測量模塊在受到Z軸方向的外力時，可以相對于第一彈性梁12發(fā)生偏轉。以圖1的視圖方向為參考，也就是說該第一彈性梁12至質量塊I上端的距離與其至質量塊I下端的距離不相等。例如，第一彈性梁12偏離至質量塊X軸方向中線的上方，當質量塊I遇到Z軸方向的外力時，由于質量塊I與第一彈性梁12之間的偏心設置，使得質量塊I可以相對于第一彈性梁12發(fā)生轉動。
[0028]所述質量塊I上還設有與第一極片4組成Z軸檢測電容的上電極(視圖未給出)，在本實用新型一個優(yōu)選的實施例中，該質量塊I本身就是Z軸檢測電容的上電極，此時，質量塊I可作為電容的接地極片使用。
[0029]第一極片4優(yōu)選設置兩個，分布在第二彈性梁11端頭的兩側。當Z軸方向有加速度時，質量塊I相對于第一彈性梁12發(fā)生偏轉，也就是說，質量塊I繞著第一彈性梁12轉動，從而改變質量塊I與第一極片4之間的距離，實現Z軸檢測電容的變化。質量塊I與其中一個第一極片4之間的距離變大，與另一個第一極片4之間的距離變小，使得兩個第一極片4與質量塊之間可以構成差分電容結構，以提高Z軸加速度檢測的精度。
[0030]本實用新型的Z軸結構，還包括將兩個慣性測量模塊中質量塊I的兩側分別連接起來的連接梁；所述連接梁包括位于X軸方向上的橫梁7，以及位于Y軸方向上、一端與橫梁7連接一端與質量塊I側壁連接的縱梁8 ;為了降低縱梁8對質量塊沿Z軸方向翻轉的影響，所述縱梁8可以采用彈性梁。
[0031]參考圖1，位于上方的橫梁7、縱梁8將兩個質量塊I的上端側壁連接在一起；位于下方的橫梁7、縱梁8將兩個質量塊I的下端側壁連接在一起；在兩條橫梁7之間還設置有加強梁130，通過該加強梁130將兩條橫梁7連接在一起，加強梁在兩條橫梁7上的位置，使得兩個慣性測量模塊中的第二彈性梁11相對于該加強梁130對稱分布。此