[发明专利]一种三轴MEMS重力仪

摘要

本发明提供了一种三轴MEMS重力仪，包括：敏感探头、位移传感结构，位移检测电路，腔体和水平调节基座；敏感探头包括：两个第一振子单元、一个第二振子单元和支撑结构，第一振子单元的敏感轴与第二振子单元的敏感轴相互正交；第一振子单元包括：正摆结构、倒摆结构、第一检验质量和第一外框，第一检验质量通过正摆结构和倒摆结构与第一外框相连，第一外框与腔体固联；第二振子单元包括：负刚度弹簧、正刚度弹簧、第二检验质量和第二外框，第二检验质量通过正刚度弹簧和负刚度弹簧与第二外框相连，第二外框与腔体固联；位移传感结构设置在第一检验质量和第二检验质量的表面；位移检测电路用于检测位移传感结构的位移信号；水平调节基座用于调节腔体的水平。

主权项

1.一种三轴MEMS重力仪，其特征在于，包括：敏感探头、位移传感结构，位移检测电路，腔体和水平调节基座；所述敏感探头包括：两个第一振子单元、一个第二振子单元和支撑结构，两个第一振子单元和一个第二振子单元固联在所述支撑结构表面，且所述第一振子单元的敏感轴与所述第二振子单元的敏感轴相互正交；所述第一振子单元包括：正摆结构、倒摆结构、第一检验质量和第一外框，所述第一检验质量通过所述正摆结构和所述倒摆结构与所述第一外框相连，所述第一外框与腔体固联；所述第二振子单元包括：负刚度弹簧、正刚度弹簧、第二检验质量和第二外框，所述第二检验质量通过所述正刚度弹簧和所述负刚度弹簧与所述第二外框相连，所述第二外框与腔体固联；两个第一振子单元使用近乎完美晶格结构的单晶硅通过MEMS技术一体加工得到，避免了金属材料的蠕变，同时避免了传统加工中不同器件间连接点不稳定的问题，使得振子单元可以实现更好的稳定性；所述位移传感结构设置在所述第一检验质量和所述第二检验质量的表面；所述位移检测电路用于检测所述位移传感结构的位移信号；所述水平调节基座设置在所述腔体底部，用于调节腔体的水平；工作中，当处在重力环境中，三个振子单元的检验质量受到的敏感轴方向的重力分量作用，弹簧形变产生的弹力与之达成平衡，检验质量处于某一个平衡位置；当重力仪所处环境的重力加速度发生变化时，弹簧形变会随之变化使弹簧产生的弹力与重力分量平衡，使检验质量发生位移达到一个新的平衡位置；位移传感结构将检验质量的这一位移转化为某种可以检测的物理量，位移检测电路通过检测这一物理量得到检验质量的位移进而检测到重力加速度的变化；所述第一振子单元为折叠摆形式，所述第一振子单元中的所述正摆结构与所述倒摆结构的运动趋势相反，二者运动趋势的相互抵消使得振子单元的本征频率降低；所述第一振子单元在1g重力作用下本征频率小于5Hz；所述第二振子单元在1g重力作用下通过正、负刚度弹簧的刚度匹配降低了等效刚度使得本征频率小于5Hz。