[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

说明书

本发明公开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，静电负刚度谐振式加速度计的敏感结构包括相邻布置的第一质量块和第二质量块、第一静电驱动部分、第一检测部分、第一敏感部分、第二静电驱动部分、第二检测部分、第二敏感部分、第一至第八固定基座、第一至第八弹性连接梁和质量块弹性连接件。先将两个质量块驱动到驱动模态，在敏感部分加上初始电压，敏感部分会产生静电力，计算出初始静电刚度，并且这时d₁、d₂相对于开始的位置已经发生了变化，当有加速度加在质量块上的时候质量块的位置发生变化导致d₁、d₂再次发生变化，进而导致静电刚度发生改变，谐振频率发生改变，从而达到用谐振频率敏感加速度的目的。

技术领域

本发明属于惯性传感器技术领域，具体涉及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。

背景技术

硅微谐振式加速度计是一种基于MEMS技术的新型微惯性器件，其基本工作原理是利用振梁的力频特性，通过检测谐振频率变化量获取输入的加速度大小。硅微谐振式加速度计基本机构由敏感质量块和对称分布的两个谐振器组成，当有外部加速度作用在加速度计上时，敏感质量块上的惯性力会施加在两个谐振器上。其中一个谐振器受拉，谐振频率增大；而另一个谐振器受压，谐振频率减小。两个频率值的差值作为最后的输出值，固谐振式加速度计通过检测谐振器谐振频率的变化来敏感加速度的大小。

目前硅微谐振式加速度计研究大多都属于通过谐振梁的力频特性来敏感加速度的，加速度以惯性力的形式加在谐振梁上导致谐振梁的谐振频率发生变化，但是同时带来的是温度对于谐振梁的频率影响较大，加速度计刚通电的时候，温度变化比较大，温度的变化也会影响谐振频率的变化，进而导致加速度计的温度性能不够好。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供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，用静电刚度来敏感加速度，由于静电刚度不受温度的影响，所以最大限度地减小了加速度计的零偏稳定性温度漂移的干扰。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种静电负刚度谐振式加速度计的敏感结构，包括相邻布置的第一质量块和第二质量块、第一静电驱动部分、第一检测部分、第一敏感部分、第二静电驱动部分、第二检测部分、第二敏感部分、第一固定基座、第二固定基座、第三固定基座、第四固定基座、第五固定基座、第六固定基座、第七固定基座、第八固定基座、第一弹性连接梁、第二弹性连接梁、第三弹性连接梁、第四弹性连接梁、第五弹性连接梁、第六弹性连接梁、第七弹性连接梁、第八弹性连接梁和质量块弹性连接件，

第一静电驱动部分、第一检测部分和第一敏感部分设置于第一质量块上，第二静电驱动部分、第二检测部分和第二敏感部分设置于第二质量块上，第一固定基座、第二固定基座、第三固定基座、第四固定基座、第五固定基座、第六固定基座、第七固定基座和第八固定基座固定于衬底上，第一质量块通过第一弹性连接梁、第二弹性连接梁、第五弹性连接梁、第六弹性连接梁分别与第一固定基座第二固定基座、第五固定基座、第六固定基座相连接，第二质量块通过第三弹性连接梁、第四弹性连接梁、第七弹性连接梁、第八弹性连接梁分别与第三固定基座、第四固定基座、第七固定基座、第八固定基座相连接，

第一敏感部分包括多个固定梳齿和多个谐振梳齿，多个固定梳齿与衬底固定连接，多个谐振梳齿与第一质量块固定连接，多个固定梳齿和多个谐振梳齿交替排列，其中谐振梳齿与相邻两个固定梳齿之间的距离为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，第一质量块和第二质量块通过质量块弹性连接件连接。

进一步地，第一固定基座第二固定基座、第五固定基座、第六固定基座分布于第一质量块的四角，第三固定基座、第四固定基座、第七固定基座、第八固定基座分布于第二质量块的四角。