[发明专利]一种加速度计

说明书

技术领域

本发明涉及微机械惯性仪表技术领域，具体地说，涉及一种加速度计。

背景技术

高量程微机械加速度计在爆炸、冲击测试等领域都具有广泛的用途。在这些应用场合中，瞬时冲击加速度的幅值可能超过100000g，且冲击持续时间很短（通常在几百微秒以内），因此需要加速度计具有较高的量程和谐振频率。

电容式硅微机械加速度计具有工艺成熟、频响高、功耗低、温度漂移小和抗过载能力强等独特的优势，其能够满足高量程和高谐振频率的要求，是一种发展潜力较大的高g值加速度计类型。

目前电容式高量程硅微机械加速度计的结构形式主要有两种：美国Draper实验室的扭摆式结构和美国Sandia国家实验室的带参考电容的结构。Draper实验室于1990年研制了一种应用于炮弹的高量程微机械加速度计，它采用扭杆支撑摆片的跷跷板式结构，量程达100000g，15h偏置漂移为44g，非线性度为3.1%。Sandia实验室设计的加速度计结构单元包括参考电容、检测电容和支撑梁，传感器量程达50000g，分辨率为50g，谐振频率为151kHz，二阶模态分离比为1.59。但是，这两种加速度计均为变间隙面外敏感形式，并且抗过载能力尚不能满足某些特殊要求。

现有的高量程微机械加速度计一般工作在开环状态，高幅值加速度输入时，传感器敏感质量的变形较大，上述两种加速度计的变间隙电容敏感方式会造成全量程线性度变差。受量程和谐振频率的限制，现有的高量程微机械加速度计的灵敏度较小。这些问题都制约了电容式高量程微机械加速度计性能的进一步提高。

基于上述情况，亟需一种线性度好、灵敏度高的高量程加速度计。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种加速度计，包括基片和固定在所述基片上的加速度计主体，所述加速度主体包括若干并联的敏感单元，

其中，所述敏感单元包括：

质量块，其纵向两端通过弹性件与所述基片固接，所述弹性件设置在所述质量块的纵向两端，其第一端与所述基片固接；

设置在所述质量块的一横向侧面的、与所述基片固接的第一固定座；

设置在所述第一固定座与质量块之间的齿组，其包括：固定于所述第一固定座的、沿横向延伸的、沿纵向彼此间隔的若干定齿；交错于所述若干定齿之间的、固定于所述质量块的若干动齿；

当加速度计具有加速度时，所述弹性件沿与加速度相反的方向产生形变，使得所述动齿与定齿之间的正对面积相应地增大或减小，导致所述动齿与定齿之间的电容随之相应地增大或减小，从而根据所述电容变化得到加速度。

根据本发明的一个实施例，所述敏感单元还包括设置在所述质量块的另一横向侧面的、与所述基片固接的第二固定座，

在所述第二固定座与质量块之间设置有齿组，其包括：固定于所述第二固定座的、沿横向延伸的、且沿纵向彼此间隔的若干定齿；交错于若干定齿之间的、固定于所述质量块的若干动齿。

根据本发明的一个实施例，相邻的动齿与定齿之间的间隙相等。

根据本发明的一个实施例，所述质量块为H形结构，所述弹性件的第二端与H形结构的中间部位固接。

根据本发明的一个实施例，所述质量块上设有阻尼孔，以调节所述质量块的质量。

根据本发明的一个实施例，所述弹性件包括沿横向方向并列排布的若干弹性片。

根据本发明的一个实施例，

不同敏感单元中的弹性件的第一端之间通过所述基片上的金属走线连接；

不同敏感单元中的第一固定座之间通过所述基片上的金属走线连接；

不同敏感单元中的第二固定座之间通过所述基片上的金属走线连接。

根据本发明的一个实施例，所述基片材料为玻璃或硅。

本发明提供的加速度计通过多个敏感段元并联的方式提高了基础电容量，这有利于提高加速度计的灵敏度和分辨率，改善加速度计的测量精度。同时，本发明采用变面积的电容变化方式，相较于现有的变间隙的电容变化方式，这种方式不仅能够消除固有的非线性因素，还能够提高动齿的许可变动范围，有利于提高传感器的量程。

同时，本发明提供的加速度计中的弹性件采用多个弹性片并排连接的方式。这样，在同样支撑刚度的情况下，相较于现有的加速度计，该方式具有更高的模态分离比，能够更好地一致加速度计的交叉轴耦合影响，从而减小加速度计的横向效应。这样有助于减小加速度计的测量误差，提高加速度计的准确度。而采用多个弹性片并排连接的方式还能够使得符合性能要求的弹性片的参数范围增大，有利于结构设计时的调整。