諧振式加速度傳感器件制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種諧振式加速度傳感器件，包括諧振敏感元件、U型質(zhì)量塊、第一撓性橋、第二撓性橋、C形連接塊、連接梁、環(huán)形連接塊、第一固定塊和第二固定塊。所述諧振敏感元件由第一基部、第二基部以及固接于二者之間的第一振梁和第二振梁構(gòu)成，兩振梁正面設(shè)有矩形凹槽，該凹槽的開口方向與兩振梁的振動方向垂直，所述凹槽的內(nèi)壁覆蓋有第一激勵電極，振梁的兩側(cè)壁分別覆蓋有第二激勵電極，第一振梁和第二振梁通過電極與激勵電源的連接使兩者振動方向相反。本發(fā)明專利技術(shù)有利于器件的微型化，并可有效提升振梁諧振穩(wěn)定性，器件的靈敏度更高，同時降低了電極的制作難度。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)公開了一種諧振式加速度傳感器件，包括諧振敏感元件、U型質(zhì)量塊、第一撓性橋、第二撓性橋、C形連接塊、連接梁、環(huán)形連接塊、第一固定塊和第二固定塊。所述諧振敏感元件由第一基部、第二基部以及固接于二者之間的第一振梁和第二振梁構(gòu)成，兩振梁正面設(shè)有矩形凹槽，該凹槽的開口方向與兩振梁的振動方向垂直，所述凹槽的內(nèi)壁覆蓋有第一激勵電極，振梁的兩側(cè)壁分別覆蓋有第二激勵電極，第一振梁和第二振梁通過電極與激勵電源的連接使兩者振動方向相反。本專利技術(shù)有利于器件的微型化，并可有效提升振梁諧振穩(wěn)定性，器件的靈敏度更高，同時降低了電極的制作難度?！緦＠f明】諧振式加速度傳感器件
本專利技術(shù)涉及頻率輸出的諧振式加速度檢測技術(shù)，具體涉及一種諧振式加速度傳感器件，屬于慣性導(dǎo)航
。
技術(shù)介紹
慣性導(dǎo)航作為一種自主導(dǎo)航方式，隱蔽性和抗干擾性強(qiáng)，在武器裝備及民用消費(fèi)電子產(chǎn)品中均得到廣泛的應(yīng)用。加速度計和陀螺儀是慣性導(dǎo)航的核心敏感元件，其精度的高低將對導(dǎo)航精度產(chǎn)生決定性的影響。諧振式加速度計采用諧振原理檢測加速度，具有頻率輸出和檢測精度高等多個優(yōu)點，基于石英材料的諧振式加速度計穩(wěn)定性較其它材料更好，在高精度加速度檢測領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。振梁結(jié)構(gòu)的石英諧振式加速度計是最為常見的一種結(jié)構(gòu)類型，依據(jù)振梁結(jié)構(gòu)的區(qū)另|J，振梁結(jié)構(gòu)的石英諧振式加速度計可分為雙振梁和單振梁兩種，代表公司分別為美國的Honeywell公司和法國的Onera。Honeywell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。該種結(jié)構(gòu)量程范圍寬，但是制作工藝繁瑣且體積大，不適合大批量生產(chǎn)；此外，該種結(jié)構(gòu)的振梁截面為矩形，電極激勵效率低，振梁等效寬度大靈敏度低。法國Onera創(chuàng)新性地將石英振梁加速度計的所有結(jié)構(gòu)制作于單一結(jié)構(gòu)上，體積小且裝配簡單，綜合精度已達(dá)100 ug。然而，法國Onera的石英振梁加速度計的振梁厚度很小，背面為濕法腐蝕深槽后制作而成，電極圖形化難度較大，其采用的解決方案為只在振梁正面制作單面電極對振梁進(jìn)行激勵，但單面電極的激勵效率較低，振梁諧振時的動態(tài)阻抗大，穩(wěn)定性差。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本專利技術(shù)的目的是提供一種微型化、電極制作簡單且激勵效率高、靈敏度高、穩(wěn)定性好的諧振式加速度傳感器件。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下:諧振式加速度傳感器件，包括諧振敏感元件、U型質(zhì)量塊、第一撓性橋、第二撓性橋、C形連接塊、連接梁、環(huán)形連接塊、第一固定塊和第二固定塊，其特征在于:所述諧振敏感元件由第一基部、第二基部以及固接于二者之間且工作于寬度彎曲諧振模態(tài)的結(jié)構(gòu)相同的第一振梁和第二振梁構(gòu)成，第一振梁和第二振梁正面朝向相同且正面設(shè)有矩形凹槽，該凹槽的開口方向與第一振梁和第二振梁的振動方向垂直，所述凹槽的內(nèi)壁覆蓋有第一激勵電極，振梁的兩側(cè)壁分別覆蓋有第二激勵電極，第一振梁和第二振梁通過電極與激勵電源的連接使兩者振動方向相反；U型質(zhì)量塊和C形連接塊開口相向并通過第一撓性橋和第二撓性橋?qū)烧叨瞬窟B接，所述諧振敏感元件位于U型質(zhì)量塊和C形連接塊合圍形成的區(qū)域內(nèi)，諧振敏感元件兩端分別通過第一基部、第二基部與U型質(zhì)量塊開口中部和C形連接塊中部連接；c形連接塊的背部通過連接梁連接環(huán)形連接塊；環(huán)形連接塊兩端與第一固定塊和第二固定塊連接，環(huán)形連接塊、第一固定塊、第二固定塊和U型質(zhì)量塊外輪廓整體呈圓形。進(jìn)一步地，本專利技術(shù)諧振式加速度傳感器件在同一基材上加工形成，即構(gòu)成傳感器件的第一基部、第二基部、第一振梁、第二振梁、U型質(zhì)量塊、第一撓性橋、第二撓性橋、C形連接塊、連接梁、環(huán)形連接塊、第一固定塊和第二固定塊在同一塊基材上一體制作而成，為整體式。所述諧振式加速度傳感器件制作基材為具有壓電效應(yīng)的石英晶體。所述第一振梁和第二振梁上的凹槽由中部凹槽和位于中部凹槽與兩基部之間的兩端部凹槽構(gòu)成，端部凹槽與中部凹槽的分界點跟振梁諧振時的節(jié)點重合；同一振梁的端部凹槽內(nèi)壁的第一激勵電極與中部凹槽內(nèi)壁的第一激勵電極與激勵電源連接的極性相反。所述第一振梁和第二振梁上的凹槽為一條，該凹槽沿Y向的邊界鄰近于振梁的節(jié)點。本專利技術(shù)振梁正面可同時設(shè)置中部凹槽和端部凹槽；如果振梁較短，則中部凹槽和端部凹槽一體設(shè)置，或只設(shè)置中部凹槽而不設(shè)置端部凹槽。本專利技術(shù)將諧振敏感元件與質(zhì)量塊等輔助結(jié)構(gòu)一體化集成，諧振敏感元件中的振梁正面設(shè)置有凹槽，以降低激勵電極作用距離和振梁彎曲振動的等效寬度。有加速度輸入時，質(zhì)量塊所產(chǎn)生的慣性力引起撓性橋的撓曲變形和振梁沿軸向的應(yīng)變以及諧振頻率的變化，通過解算振梁諧振頻率變化值即可得到輸入加速度值。由此可知，本專利技術(shù)的有益效果具體表現(xiàn)在以下方面:1、振梁為雙振梁結(jié)構(gòu)，兩振梁工作于方向相反的彎曲振動模態(tài)，振動時對基部所產(chǎn)生的力和力矩相互抵消，穩(wěn)定性較好，且無需隔離框進(jìn)行隔振，體積更小。、振梁正面設(shè)置有凹槽，電極的激勵效率大幅提高，克服了振梁尺寸較小時振蕩能量弱的缺點，有利于器件尺寸的進(jìn)一步微型化，并可有效提升振梁諧振穩(wěn)定性。、器件的靈敏度與振梁等效寬度的二次方成反比，振梁正面設(shè)置凹槽后等效寬度減小，器件的靈敏度更高。、振梁表面的激勵電極只覆蓋凹槽內(nèi)壁和振梁側(cè)壁，背面不需要覆蓋電極，降低了電極的制作難度。【專利附圖】【附圖說明】圖1是使用本專利技術(shù)實施例1的諧振式加速度傳感器件的結(jié)構(gòu)圖。圖2a是本專利技術(shù)實施例1中諧振敏感元件的結(jié)構(gòu)圖。圖2b是圖2a的A1-A1剖視圖。圖2c是圖2a的B1-B1剖視圖。圖3是本專利技術(shù)實施例2中諧振敏感元件的結(jié)構(gòu)圖。圖4是本專利技術(shù)實施例3中諧振敏感元件的結(jié)構(gòu)圖。其中:1-諧振式加速度傳感器件；2_諧振敏感元件；3-U型質(zhì)量塊；4_第一撓性橋；5_第二撓性橋；6-C形連接塊；7_連接梁；8_環(huán)形連接塊；9_第一固定塊；10_第二固定塊；20_第一基部；21_第二基部；22_第一振梁；23a-第一中部凹槽；23b_第一端部凹槽；24-第二振梁；25a-第二中部凹槽；25b-第二端部凹槽；26_第一激勵電極；27_第二激勵電極。【具體實施方式】下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本專利技術(shù)提供的諧振式加速度傳感器件1，包括諧振敏感元件2，U型質(zhì)量塊3，第一撓性橋4，第二撓性橋5，C形連接塊6，連接梁7，環(huán)形連接塊8，第一固定塊9，第二固定塊10。所述諧振敏感元件2由第一基部20、第二基部21以及固接于二者之間且工作于寬度彎曲諧振模態(tài)的結(jié)構(gòu)相同的第一振梁22和第二振梁24構(gòu)成，第一振梁22和第二振梁24正面朝向相同且正面設(shè)有矩形凹槽，該凹槽的開口方向與第一振梁和第二振梁的振動方向垂直。所述凹槽的內(nèi)壁覆蓋有第一激勵電極26，振梁的兩側(cè)壁分別覆蓋有第二激勵電極27，第一振梁22和第二振梁24通過電極與激勵電源的連接使兩者振動方向相反。型質(zhì)量塊3和C形連接塊6開口相向并通過第一撓性橋4和第二撓性橋5將兩者端部連接，所述諧振敏感元件2位于U型質(zhì)量塊3和C形連接塊6合圍形成的區(qū)域內(nèi)，諧振敏感元件2兩端分別通過第一基部20、第二基部21與U型質(zhì)量塊3開口中部和C形連接塊6中部連接；C形連接塊6的背部通過連接梁7連接環(huán)形連接塊8 ;環(huán)形連接塊8兩端與第一固定塊9和第二固定塊10連接，環(huán)形連接塊8、第一固定塊本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
諧振式加速度傳感器件，包括諧振敏感元件、U型質(zhì)量塊、第一撓性橋、第二撓性橋、C形連接塊、連接梁、環(huán)形連接塊、第一固定塊和第二固定塊，其特征在于：所述諧振敏感元件由第一基部、第二基部以及固接于二者之間且工作于寬度彎曲諧振模態(tài)的結(jié)構(gòu)相同的第一振梁和第二振梁構(gòu)成，第一振梁和第二振梁正面朝向相同且正面設(shè)有矩形凹槽，該凹槽的開口方向與第一振梁和第二振梁的振動方向垂直，所述凹槽的內(nèi)壁覆蓋有第一激勵電極，振梁的兩側(cè)壁分別覆蓋有第二激勵電極，第一振梁和第二振梁通過電極與激勵電源的連接使兩者振動方向相反；U型質(zhì)量塊和C形連接塊開口相向并通過第一撓性橋和第二撓性橋?qū)烧叨瞬窟B接，所述諧振敏感元件位于U型質(zhì)量塊和C形連接塊合圍形成的區(qū)域內(nèi)，諧振敏感元件兩端分別通過第一基部、第二基部與U型質(zhì)量塊開口中部和C形連接塊中部連接；C形連接塊的背部通過連接梁連接環(huán)形連接塊；環(huán)形連接塊兩端與第一固定塊和第二固定塊連接，環(huán)形連接塊、第一固定塊、第二固定塊和U型質(zhì)量塊外輪廓整體呈圓形。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：林丙濤，林日樂，翁邦英，
申請(專利權(quán))人：中國電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：重慶;85