[发明专利]一种静电负刚度谐振式加速度计的敏感结构及其使用方法

权利要求书

1.一种静电负刚度谐振式加速度计的敏感结构，其特征在于，包括相邻布置的第一质量块(1a)和第二质量块(1b)、第一静电驱动部分(7a)、第一检测部分(8a)、第一敏感部分、第二静电驱动部分(7b)、第二检测部分(8b)、第二敏感部分、第一固定基座(2a)、第二固定基座(2b)、第三固定基座(2c)、第四固定基座(2d)、第五固定基座(2e)、第六固定基座(2f)、第七固定基座(2g)、第八固定基座(2h)、第一弹性连接梁(3a)、第二弹性连接梁(3b)、第三弹性连接梁(3c)、第四弹性连接梁(3d)、第五弹性连接梁(3e)、第六弹性连接梁(3f)、第七弹性连接梁(3g)、第八弹性连接梁(3h)和质量块弹性连接件(4)，

第一静电驱动部分(7a)、第一检测部分(8a)和第一敏感部分设置于第一质量块(1a)上，第二静电驱动部分(7b)、第二检测部分(8b)和第二敏感部分设置于第二质量块(1b)上，第一固定基座(2a)、第二固定基座(2b)、第三固定基座(2c)、第四固定基座(2d)、第五固定基座(2e)、第六固定基座(2f)、第七固定基座(2g)和第八固定基座(2h)固定于衬底上，第一质量块(1a)通过第一弹性连接梁(3a)、第二弹性连接梁(3b)、第五弹性连接梁(3e)、第六弹性连接梁(3f)分别与第一固定基座(2a)第二固定基座(2b)、第五固定基座(2e)、第六固定基座(2f)相连接，第二质量块(1b)通过第三弹性连接梁(3c)、第四弹性连接梁(3d)、第七弹性连接梁(3g)、第八弹性连接梁(3h)分别与第三固定基座(2c)、第四固定基座(2d)、第七固定基座(2g)、第八固定基座(2h)相连接，

第一敏感部分包括多个固定梳齿(5)和多个谐振梳齿(6)，多个固定梳齿(5)与衬底固定连接，多个谐振梳齿(6)与第一质量块(1a)固定连接，多个固定梳齿(5)和多个谐振梳齿(6)交替排列，其中谐振梳齿(6a)与相邻两个固定梳齿(5a)之间的距离为d₁、d₂，且d₁和d₂不相等，第二敏感部分的结构与第一敏感部分的结构相同，第一质量块(1a)和第二质量块(1b)通过质量块弹性连接件(4)连接。

2.根据权利要求1所述的静电负刚度谐振式加速度计的敏感结构，其特征在于，第一固定基座(2a)第二固定基座(2b)、第五固定基座(2e)、第六固定基座(2f)分布于第一质量块(1a)的四角，第三固定基座(2c)、第四固定基座(2d)、第七固定基座(2g)、第八固定基座(2h)分布于第二质量块(1b)的四角。

3.根据权利要求2所述的静电负刚度谐振式加速度计的敏感结构，其特征在于，第一静电驱动部分(7a)和第一检测部分(8a)分布于第一敏感部分的两侧，第二静电驱动部分(7b)和第二检测部分(8b)分布于第二敏感部分的两侧。

4.根据权利要求3所述的静电负刚度谐振式加速度计的敏感结构，其特征在于，每一个谐振梳齿(6)与相邻的一侧的固定梳齿(5)之间的距离d₁均相同，每一个谐振梳齿(6)与相邻的另一侧的固定梳齿(5)之间的距离d₂均相同。

5.根据权利要求4所述的静电负刚度谐振式加速度计的敏感结构，其特征在于，所述第一弹性连接梁(3a)、第二弹性连接梁(3b)、第三弹性连接梁(3c)、第四弹性连接梁(3d)、第五弹性连接梁(3e)、第六弹性连接梁(3f)、第七弹性连接梁(3g)、第八弹性连接梁(3h)均为U形弹性连接梁。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的静电负刚度谐振式加速度计的敏感结构的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：通过第一静电驱动部分(7a)将第一质量块(1a)驱动，通过第二静电驱动部分(7b)将第二质量块(1b)驱动，第一质量块(1a)和第二质量块(1b)的谐振方向相反，此运动状态为驱动模态；

步骤二：在第一敏感部分和第二敏感部分的固定梳齿(5)上加上初始电压V，将第一敏感部分和第二敏感部分上的谐振梳齿(6)接地，连接在谐振梳齿(6)两端的固定梳齿(5)对其产生静电力，由于d₁不等于d₂，静电力不平衡，所以第一质量块(1a)和第二质量块(1b)产生初始位移最后静电力与弹性连接梁的弹性力平衡，并且敏感结构产生初始静电刚度；

步骤三：对敏感结构施加加速度，第一质量块(1a)和第二质量块(1b)进一步产生位移，第一质量块(1a)和第二质量块(1b)同向运动，此运动状态为检测模态，敏感结构静电刚度发生改变，这个改变会导致第一质量块(1a)和第二质量块(1b)的谐振频率发生改变，从而实现通过改变的谐振频率来敏感加速度。