[发明专利]一种单锚定点四质量块MEMS六轴惯性传感器

权利要求书

1.一种单锚定点四质量块MEMS六轴惯性传感器，其特征在于，该传感器包括：

具有支撑架、锚定支撑柱和质量块的结构层，

通过所述锚定支撑柱与所述结构层固定连接的基板层，和

附着在所述基板层上靠近所述结构层一侧的电极层；

其中，所述支撑架为中心对称结构，所述锚定支撑柱固定设置在所述支撑架的对称中心，四个所述质量块沿以所述锚定支撑柱为圆心的圆周对称均匀分布在所述支撑架的四周，并分别通过悬臂梁与所述支撑架固定连接，且四个所述质量块完全相同，每个所述质量块均能在所述支撑架平面内相对于所述支撑架运动，也能在垂直于所述支撑架的平面内运动；所述电极层与所述结构层保持一定间距，且所述电极层在所述基板层上的位置与所述质量块的位置相对应，从而形成检测电容、驱动电容和/或力平衡电容；

通过所述检测电容之间的差分信号提取得到相应自由度的加速度信号；通过对所述检测电容信号进行差分处理，能够独立得到每轴的角速度信号；

当传感器受到X轴加速度时，四个所述质量块由于惯性将会产生相对于所述支撑架-X方向的运动；

当传感器受到Y轴加速度时，四个所述质量块由于惯性将会产生相对于所述支撑架-Y方向的运动；

当传感器受到Z轴加速度时，四个所述质量块由于惯性将会产生相对于所述支撑架-Z方向的运动；

通过所述驱动电容人为主动使四个所述质量块沿以所述锚定支撑柱为圆心的圆的径向振动，并且相邻两个所述质量块在同一时刻的运动方向相反，称为“驱动模态”；

在所述“驱动模态”下，当在X方向存在角速度输入时，Y向两个所述质量块将会受到Z方向的科氏力作用，产生沿Z向的振动，称为“X轴角速度检测模态”；

在所述“驱动模态”下，当在Y方向存在角速度输入时，X向两个所述质量块将会受到Z方向的科氏力作用，产生沿Z向的振动，称为“Y轴角速度检测模态”；

在所述“驱动模态”下，当在Z方向存在角速度输入时，四个所述质量块将在XY平面内受到垂直于所述“驱动模态”振动方向的科氏力，产生XY平面内的振动，称为“Z轴角速度检测模态”。

2.如权利要求1所述的一种单锚定点四质量块MEMS六轴惯性传感器，其特征在于，所述电极层为键合固定在所述基板层上梳齿状排布的固定电容极板，每个所述质量块内部均设置有梳齿状排布的一种或多种可动电容极板，所述固定电容极板与所述可动电容极板相对应组合，形成与每个所述质量块相对应的切向驱动电容、切向驱动检测电容、切向检测电容和/或切向力平衡电容，以及径向驱动电容、径向驱动检测电容、径向检测电容和/或径向力平衡电容。

3.如权利要求2所述的一种单锚定点四质量块MEMS六轴惯性传感器，其特征在于，所述质量块的四角分别为调谐电容，左右为所述径向驱动电容和/或径向驱动检测电容，上下为所述切向检测电容和/或切向力平衡电容。

4.如权利要求1或2或3所述的一种单锚定点四质量块MEMS六轴惯性传感器，其特征在于，所述基板层和电极层包括两块，均分别设置在所述结构层的两侧；所述锚定支撑柱的两端键合到两侧的所述基板层上，从而将所述结构层固定在两侧的所述基板层中间；或者，两所述基板层相互固定连接，所述锚定支撑柱只键合到其中一块所述基板层上，从而将所述结构层固定在该所述基板层上并位于两侧的所述基板层中间。

5.如权利要求1或2或3所述的一种单锚定点四质量块MEMS六轴惯性传感器，其特征在于，所述基板层和电极层只包括一块，并分布在所述结构层的单侧，所述锚定支撑柱键合到所述基板层上，将所述结构层固定在所述基板层上。

6.如权利要求1或2或3所述的一种单锚定点四质量块MEMS六轴惯性传感器，其特征在于，每个所述质量块均为中心对称结构，存在两个互相垂直的对称轴。

7.如权利要求4所述的一种单锚定点四质量块MEMS六轴惯性传感器，其特征在于，每个所述质量块均为中心对称结构，存在两个互相垂直的对称轴。