[发明专利]基于双路循环电桥检测的三轴压阻式加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS传感器，具体是一种基于双路循环电桥检测的三轴压阻式加速度传感器。 

背景技术

基于MEMS技术的硅微机械传感器以其体积小、重量轻、抗强辐射、易于批量化生产等优点受到人们的亲睐。尤其是硅微加速度传感器作为一种惯性器件，已经广泛的应用于航天航空、自动控制、振动测试、生物、化学和医学分析等日常生活领域。 

硅微机械加速度传感器因其敏感机理不同而分为压阻式，压电式，电容式等,其中压阻式加速度传感器非线性度小、功耗低、结构简单等优点对研究人员有着很大的吸引力，但其灵敏度不如压电式和电容式加速度传感器的灵敏度高。现有的三轴压阻式加速度传感器，其输出信号的检测通常采用至少使用12个压敏电阻，每4个连接成一个惠斯通电桥检测一个方向输出信号的“单向检测”方法，采用该种检测方法的三轴压阻式加速度传感器其检测灵敏度较低，并且有较高的横向耦合。 

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种基于双路循环电桥检测的三轴压阻式加速度传感器。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种基于双路循环电桥检测的三轴压阻式加速度传感器，包括支撑边框、弹性悬臂梁以及通过弹性悬臂梁支悬于支撑边框中心位置的中心质量块，中心质量块的四个边分别通过两根平行的弹性悬臂梁与支撑边框固定，支撑边框的下表面超出中心质量块的下表面，且支撑边框下表面通过硅-硅键合技术键合有硅基座；连接支撑边框和中心质量块的八根弹性悬臂梁上对称均布有十六个阻值相等的应变压敏电阻：R_X11、R_X12、R_X13、R_X14、R_X21、R_X22、R_X23、R_X24、R_Y11、R_Y12、R_Y13、R_Y14、R_Y21、R_Y22、R_Y23、R_Y24，其中，R _X13和R _X21位于X方向四根弹性悬臂梁中左上方的弹性悬臂梁上，R_X14和R_X22位于X方向四根弹性悬臂梁中右上方的弹性悬臂梁上，R_X23和R_X11位于X方向四根弹性悬臂梁中左下方的弹性悬臂梁上，R_X24和R_X12位于X方向四根弹性悬臂梁中右下方的弹性悬臂梁上，R_Y23和R_Y11位于Y方向四根弹性悬臂梁中左上方的弹性悬臂梁上，R_Y13和R_Y21位于Y方向四根弹性悬臂梁中右上方的弹性悬臂梁上，R_Y24和R_Y12位于Y方向四根弹性悬臂梁中左下方的弹性悬臂梁上，R_Y14和R_Y22位于Y方向四根弹性悬臂梁中右下方的弹性悬臂梁上；每根弹性悬臂梁上的两个压敏电阻分别位于弹性悬臂梁的两端，其中，R_X13、R_X14、R_X23、R_X24、R_Y23、R_Y13、R_Y24、R_Y14位于弹性悬臂梁上靠近中心质量块的一端，R_X21、R_X22、R_X11、R_X12、R_Y11、R_Y21、R_Y12、R_Y22位于弹性悬臂梁上靠近支撑边框的一端；R_X11、R_X12、R_X13、R_X14、R_Y11、R_Y12、R_Y13、R_Y14八个应变压敏电阻连接成第一路循环电桥检测电路，其中，R_X11和R_X13上下串联成第一支路，R_X12和R_X14上下串联成第二支路，R_Y14和R_Y12上下串联成第三支路，R_Y13和R_Y11上下串联成第四支路，第一支路、第二支路、第三支路和第四支路之间并联连接，第一支路、第二支路、第三支路和第四支路的上端共同连接为第一路循环电桥检测电路的一个输入端Vcc，第一支路、第二支路、第三支路和第四支路的下端共同连接为第一路循环电桥检测电路的另一个输入端GND，第一支路的R_X11、R_X13之间和第二支路的R_X12、R_X14之间为第一路循环电桥检测电路的第一个输出端X₁，第二支路的R_X12、R_X14之间和第三支路的R_Y14、R_Y12之间为第一路循环电桥检测电路的第二个输出端Z₁₁，第三支路的R_Y14、R_Y12之间和第四支路的R_Y13、R_Y11之间为第一路循环电桥检测电路的第三个输出端Y₁，第四支路的R_Y13、R_Y11之间和第一支路的R_X11、R_X13之间为第一路循环电桥检测电路的第四个输出端Z₁₂；R_X21、R_X22、R_X23、R_X24、R_Y21、R_Y22、R_Y23、R_Y24八个应变压敏电阻连接成第二路循环电桥检测电路，其中，R_X21和R_X23上下串联成第五支路，R_X22和R_X24上下串联成第六支路，R_Y24和R_Y22上下串联成第七支路，R_Y23和R_Y21上下串联成第八支路，第五支路、第六支路、第七支路和第八支路之间并联连接，第五支路、第六支路、第七支路和第八支路的上端共同连接为第二路循环电桥检测电路的一个输入端Vcc，第五支路、第六支路、第七支路和第八支路的下端共同连接为第二路循环电桥检测电路的另一个输入端GND，第五支路的R_X21、R_X23之间和第六支路的R_X22、R_X24之间为第二路循环电桥检测电路的第一个输出端X₂，第六支路的R_X22、R_X24之间和第七支路的R_Y24、R_Y22之间为第二路循环电桥检测电路的第二个输出端Z₂₁，第七支路的R_Y24、R_Y22之间和第八支路的R_Y23、R_Y21之间为第二路循环电桥检测电路的第三个输出端Y₂，第八支路的R_Y23、R_Y21之间和第五支路的R_X21、R_X23之间为第二路循环电桥检测电路的第四个输出端Z₂₂。