一种基于二级微杠杆的双质量块高灵敏度硅微谐振式加速度计结构

摘要

一种基于二级微杠杆的双质量块高灵敏度硅微谐振式加速度计结构，包括质量块、二级微杠杆放大机构、音叉谐振器；加速度计采用两个质量块敏感加速度，并通过连接衬底的支撑梁和被测物体与这两个质量块相连接；两个完全相同的谐振器的一端通过锚点固定在基底上，另一端通过微杠杆机构与质量块相连；在每个质量块上，各连接有两个相同的二级微杠杆。当加速度计工作时，质量块产生的惯性力经二级微杠杆机构进行力放大后，作用于音叉谐振器，改变其固有振动频率，通过检测音叉谐振器固有频率的变化，即可解算出被测加速度值。本发明具有灵敏度高、量程大、差动检测、稳定性好、体积小、结构简单以及可实现音叉振动耦合抑制等优点，可用于航空航天、汽车工业、地震监测领域。

主权项

一种基于二级微杠杆的双质量块高灵敏度硅微谐振式加速度计结构，其利用单晶硅的体硅工艺而制成，其特征在于：所述加速度计结构包括第一质量块(1)、第二质量块(13)、第一音叉谐振器(2)、第二音叉谐振器(14)、第一二级微杠杆放大机构(4)、第二二级微杠杆放大机构(5)、第三二级微杠杆放大机构(16)、第四二级微杠杆放大机构(17)、第一质量块支撑梁(6)、第二质量块支撑梁(7)、第三质量块支撑梁(18)、第四质量块支撑梁(19)、第一锚点(3)、第二锚点(8)、第三锚点(9)、第四锚点(10)、第五锚点(11)、第六锚点(12)、第七锚点(15)、第八锚点(20)、第九锚点(21)和第二锚点(22)；所述的第一质量块(1)分别连接第一二级微杠杆放大机构(4)、第二二级微杠杆放大机构(5)，所述的第二质量块(13)分别连接第三二级微杠杆放大机构(16)、第四二级微杠杆放大机构(17)，所述的第一质量块(1)分别与第一质量块支撑梁(6)、第二质量块支撑梁(7)相连，所述的第二质量块(13)分别与第三质量块支撑梁(18)、第四质量块支撑梁(19)相连，且第一质量块支撑梁(6)、第二质量块支撑梁(7)、第三质量块支撑梁(18)、第四质量块支撑梁(19)通过第三锚点(9)、第四锚点(10)、第五锚点(11)、第六锚点(12)、第九锚点(21)和第二锚点(22)固定在基底上，使第一质量块(1)、第二质量块(13)悬浮于基底之上，并可消除由于对称的音叉谐振器易产生的振动耦合效应；所述二级微杠杆放大机构的支点梁通过第二锚点(8)、第八锚点(20)固定在基底上；所述的第一音叉谐振器(2)、第二音叉谐振器(14)呈对称关系，构成一组差动式谐振音叉结构，且第一音叉谐振器(2)的一端、第二音叉谐振器(14)的一端分别通过第一锚点(3)、第七锚点(15)固定在基底上，第一音叉谐振器(2)的另一端通过第一二级微杠杆机构(4)和第二二级微杠杆放大机构(5)与第一质量块(1)相连，第二音叉谐振器(14)的另一端通过第三二级微杠杆放大机构(16)、第四二级微杠杆放大机构(17)与第二质量块(13)相连，且第一、第二每个音叉谐振器的两个谐振梁制备有梳状排列的活动梳齿，这样，第一质量块(1)、第二质量块(13)在被测加速度作用下产生的惯性力分别经过第一、第二二级微杠杆放大机构(4、5)和第三、第四二级微杠杆放大机构(16、17)进行力放大后作用于第一、第二音叉谐振器(2、14)，并改变第一、第二音叉谐振器(2、14)的固有振动频率；之后，通过测量梳齿电容检测器电容量的变化得到第一、第二音叉谐振器的固有振动频率，进而解算出被测加速度值。