一種共享檢測電容的三軸電容式加速度計的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種共享檢測電容的三軸電容式加速度計，包括一個質量塊，固定錨點，基底，還包括四個檢測電容，其中每個檢測電容均包括固定梳齒和可動梳齒；所述質量塊，通過與之對應的固定錨點固定于基底，用于在施加一軸向的加速度時，產生與該加速度相對應的運動；所述四個檢測電容的可動梳齒連接至上述質量塊，用于在施加一軸向的加速度時，其可動梳齒隨上述質量塊運動，產生針對該軸向加速度的特定電容值的變化。本發明所涉及的共享檢測電容的三軸電容式加速度計能夠達到減小微機電芯片的面積，簡化檢測電容的檢測方式以及提高加速度計的靈敏度的目的。
【專利說明】
一種共享檢測電容的三軸電容式加速度計
技術領域
[0001]本發明涉及三軸加速度計，尤其涉及一種共享檢測電容的三軸電容式加速度計。
【背景技術】
[0002]微機電系統(MEMS，Micro-Electro-Mechanical-System)因其體積小、成本低、集成性好、性能優良等諸多優點已在工業，醫療，民用，軍事等非常廣泛的領域得到了越來越多的應用。加速度傳感器作為最典型的使用微機電技術的器件，也已幾乎成為各類移動終端、相機、游戲手柄、導航儀等產品的標準配置。微機電加速度計以其檢測方式的不同可分為電容式，電阻式，壓電式等。其中電容式加速度計因其結構簡單，成本低廉，并可在低頻范圍內擁有較高的靈敏度和線性度等優勢，成為最為流行的一類加速度計。
[0003]目前對于電容式加速度而目，存在的最大的難題是如何在不影響或是提尚性能的前提下，降低電容式加速度計的成本，解決上述問題最為直接的方法是減小微機電芯片的面積，通過上述方法，不但降低了產品成本，而且使產品在市場上也具有了更大的競爭力。
[0004]對于三軸加速度計來說，現有的解決方案是共享三個軸的質量塊。
[0005]圖1示出了現有技術中的共享質量塊的三軸加速度計的結構示意圖。定義以固定錨點5為原點的笛卡爾坐標系的X軸的正向指向右側，y軸的正向指向上側，z軸的正向指向x，y平面的外側。質量塊7通過彈性梁6連接到固定錨點5。檢測電容一共12個，SPClx-Clz, C2x-C2z, C3x-C3z, C4x-C4z,該四組檢測電容分別設置于質量塊7所形成的檢測電容設置區內。每組檢測電容均包括3個檢測電容，分別用于檢測X軸加速度，Y軸加速度和Z軸加速度。每個檢測電容均包括固定梳齒和可動梳齒，其可動梳齒均連接至質量塊7，其固定梳齒通過相應的固定錨點(lx-4z)固定在基底A上。
[0006]當有沿X軸的加速度輸入時，質量塊7會以固定錨點5為中心點繞Z軸扭轉，如圖1中的M_X方向。此時初始值相等的檢測電容Clx-C4x會產生細微變化。通過設計這四個檢測電容的梳齒的方向，可以使檢測電容Clx和檢測電容C 4:(的電容值增大且檢測電容C 2:(和檢測電容C3x的電容值減小，利用電容檢測和信號處理電路測量出上述檢測電容的相對變化(A Clx- Δ C2x- Δ C3x+ Δ C4x)，因為輸入的加速度與上述檢測電容的相對變化成一定的比例關系，因此可以推導出輸入的X軸加速度的大小。
[0007]當有沿Y軸的加速度輸入時，質量塊7會沿Y軸做平行移動，如圖1中M_Y方向。此時初始值相等的檢測電容Cly-C4y會產生細微變化。通過設計這四個檢測電容的梳齒的方向，可以使檢測電容Cly和檢測電容C 2y的電容值增大且檢測電容C 3,和檢測電容C4y的電容值減小，利用電容檢測和信號處理電路測量出上述檢測電容的相對變化(A Cly+ Δ C2y- Δ C3y- Δ C4y)，因為輸入的加速度與上述檢測電容的相對變化成一定的比例關系，因此可以推導出輸入的Y軸加速度的大小。
[0008]當有沿Z軸的加速度輸入時，質量塊7會以彈性梁6為中心軸繞X軸轉動，如圖1中M_Z方向。如圖2所示，檢測Z軸加速度的電容Clz-C4z是以高低差的形式工作的，所以初始值相等的檢測電容Clz-C4z此時也會產生細微的變化。通過設計這四個檢測電容的梳齒的高低及方向，可以使檢測電容Clz和檢測電容C 32的電容值增大且檢測電容C 2z和檢測電容C4z的電容值減小，利用電容檢測和信號處理電路測量出上述檢測電容的相對變化(A Clz- Δ C2z+ Δ C3z- Δ C4z)，因為輸入的加速度與上述檢測電容的相對變化成一定的比例關系，因此可以推導出輸入的Z軸加速度的大小。
[0009]上述現有的解決方案的缺點在于12個檢測電容占據微機電芯片面積的很大一部分，因此要減小微機電芯片的面積具有一定的難度；而且每個檢測電容所占的空間較小，由于加速度計的靈敏度與檢測電容的大小成正比，因此靈敏度也會受到限制。
[0010]本發明提出的解決方案是在共享質量塊的基礎上，再使三個軸向共享檢測電容，進而減小微機電芯片的面積。
【發明內容】
[0011]本發明的目的在于提出一種共享檢測電容的三軸電容式加速度計，以達到減小微機電芯片的面積，簡化檢測電容的檢測方式以及提高加速度計的靈敏度的目的。
[0012]為了實現上述目的，本發明提出了一種共享檢測電容的三軸電容式加速度計，包括一個質量塊，固定錨點，基底，還包括四個檢測電容，其中每個檢測電容均包括固定梳齒和可動梳齒；
[0013]所述質量塊，通過與之對應的固定錨點固定于基底，用于在施加一軸向的加速度時，產生與該加速度相對應的運動；
[0014]所述四個檢測電容的可動梳齒連接至上述質量塊，用于在施加一軸向的加速度時，其可動梳齒隨上述質量塊運動，產生針對該軸向加速度的特定電容值的變化。
[0015]本發明的該方案的有益效果在于通過將檢測電容的數量減少到4個，達到了減小微機電芯片的面積，簡化檢測電容的檢測方式的目的。
[0016]優選的是，所述質量塊通過彈性梁連接到與所述質量塊相對應的固定錨點固定，并且所述質量塊形成四個檢測電容設置區，四個檢測電容分別設置于相應的設置區內，將所述檢測電容的可動梳齒均連接到所述質量塊上，將其固定梳齒通過相應的固定錨點固定在基底上。
[0017]優選的是，所述質量塊形成的四個檢測電容設置區是對稱的。
[0018]優選的是，所述四個檢測電容對稱設置。
[0019]優選的是，所述四個檢測電容被構建為:對應一軸向加速度，一對檢測電容的電容值增大，另一對檢測電容的電容值減小。
[0020]優選的是，所述四個檢測電容被構建為:對應X軸加速度，處于對角線的一對檢測電容的電容值增大，另一對檢測電容的電容值減小。
[0021]優選的是，所述四個檢測電容被構建為:對應Y軸加速度，以X軸為界，處于X軸一偵_ 一對檢測電容的電容值增大，另一對檢測電容的電容值減小。
[0022]優選的是，所述四個檢測電容被構建為:對應Z軸加速度，以Y軸為界，處于Y軸一偵_ 一對檢測電容的電容值增大，另一對檢測電容的電容值減小。
【附圖說明】
[0023]圖1示出了現有技術中的三軸加速度計的結構示意圖。
[0024]圖2示出了檢測電容沿Z軸方向的固定梳齒和可動梳齒的示意圖。
[0025]圖3示出了本發明所涉及的三軸加速度計的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面將結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明:
[0027]如圖3所示，依照本發明的【具體實施方式】的共享檢測電容的三軸電容式加速度計包括基底A，第一檢測電容Cl，第二檢測電容C2，第三檢測電容C3，第四檢測電容C4，第一固定錨點10，第二固定錨點20，第三固定錨點30，第四固定錨點40，第五固定錨點50，彈性梁60以及質量塊70。
[0028]定義以第五固定錨點50為原點的笛卡爾坐標系的X軸的正向指向右側，y軸的正向指向上側，z軸的正向指向X，y平面的外側。本發明所涉及三軸電容式加速度計的四個檢測電容C1-C4沿X軸和j軸完全對稱。
[0029]所述質量塊70通過彈性梁60連接到第五固定錨點50進行固定，并且所述質量塊70形成了四個檢測電容設置區，如圖3所示，第一檢測電容Cl設置于第一設置區，第二檢測電容C2設置于第二設置區，第三檢測電容C3設置于第三設置區，第四檢測電容C4設置于第四設置區。所述四個檢測電容均包括固定梳齒和可動梳齒，其可動梳齒均連接到所述質量塊70，第一檢測電容Cl的固定梳齒連接至第一固定錨點10，第二檢測電容C2的固定梳齒連接至第二固定錨點20，第三檢測電容C3的固定梳齒連接至第三固定錨點30，第四檢測電容C4的固定梳齒連接至第四固定錨點40。
[0030]在具體的實施過程中，當有沿X軸的加速度輸入時，質量塊70會以第五固定錨點50為中心點繞Z軸扭轉，如圖3中的M_X方向，此時檢測電容C1-C4的可動梳齒隨著質量塊70的移動而移動，進而造成檢測電容C1-C4的固定梳齒和可動梳齒之間的距離或是重疊面積產生變化，使得第一檢測電容Cl和第四檢測電容C4的電容值增大，第二檢測電容C2和第三檢測電容C3的電容值減小，利用相關測量手段，例如電容檢測和信號處理電路測量出上述檢測電容的相對變化(△ Cl- △ C2- Δ C3+ Δ C4)，因為輸入的加速度與上述檢測電容的相對變化成一定的比例關系，因此可以推導出輸入的X軸加速度的大小。
[0031]當有沿Y軸的加速度輸入時，質量塊70會沿Y軸做平行移動，如圖3中的M_Y方向。此時檢測電容C1-C4的可動梳齒隨著質量塊70的移動而移動，進而造成檢測電容C1-C4的固定梳齒和可動梳齒之間的距離產生變化，使得第一檢測電容Cl和第二檢測電容C2的電容值增大，第三檢測電容C3和第四檢測電容C4的電容值減小，利用相關測量手段，例如電容檢測和信號處理電路測量出上述檢測電容的相對變化(A Cl+ △ C2- Δ C3- △ C4)，因為輸入的加速度與上述檢測電容的相對變化成一定的比例關系，因此可以推導出輸入的Y軸加速度的大小。
[0032]當有沿Z軸的加速度輸入時，質量塊70會以彈性梁60為中心軸繞X軸轉動，如圖3中的M_Z方向。此時檢測電容C1-C4的可動梳齒隨著質量塊70的移動而移動，進而造成檢測電容C1-C4的固定梳齒和可動梳齒之間的距離或是重疊面積產生變化，使得第一檢測電容Cl和第三檢測電容C3的電容值增大，第二檢測電容C2和第四檢測電容C4的電容值減小，利用相關測量手段，例如電容檢測和信號處理電路測量出上述檢測電容的相對變化(Δ Cl-Δ C2+A C3-A C4)，因為輸入的加速度與上述檢測電容的相對變化成一定的比例關系，因此可以推導出輸入的Z軸加速度的大小。
[0033]本發明所涉及的共享檢測電容的三軸電容式加速度計的有益效果在于:
[0034]通過減少檢測電容的個數，減小了微機電芯片的大小；
[0035]簡化了對檢測電容的檢測方式；
[0036]在微機電芯片的面積不變的情況下，提高了靈敏度。
【主權項】
1.一種共享檢測電容的三軸電容式加速度計，包括一個質量塊，固定錨點，基底，其特征在于:還包括四個檢測電容，其中每個檢測電容均包括固定梳齒和可動梳齒； 所述質量塊，通過與之對應的固定錨點固定于基底，用于在施加一軸向的加速度時，產生與該加速度相對應的運動； 所述四個檢測電容的可動梳齒連接至上述質量塊，用于在施加一軸向的加速度時，其可動梳齒隨上述質量塊運動，產生針對該軸向加速度的特定電容值的變化。2.根據權利要求1所述的共享檢測電容的三軸電容式加速度計，其特征在于:所述質量塊通過彈性梁連接到與所述質量塊相對應的固定錨點固定，并且所述質量塊形成四個檢測電容設置區，四個檢測電容分別設置于相應的設置區內，將所述檢測電容的可動梳齒均連接到所述質量塊上，將其固定梳齒通過相應的固定錨點固定在基底上。3.根據權利要求2所述的共享檢測電容的三軸電容式加速度計，其特征在于:所述質量塊形成的四個檢測電容設置區是對稱的。4.根據權利要求3所述的共享檢測電容的三軸電容式加速度計，其特征在于:所述四個檢測電容對稱設置。5.根據權利要求1至4中任意一項所述的共享檢測電容的三軸電容式加速度計，其特征在于:所述四個檢測電容被構建為:對應一軸向加速度，一對檢測電容的電容值增大，另一對檢測電容的電容值減小。6.根據權利要求5所述的共享檢測電容的三軸電容式加速度計，其特征在于:所述四個檢測電容被構建為:對應X軸加速度，處于對角線的一對檢測電容的電容值增大，另一對檢測電容的電容值減小。7.據權利要求5所述的共享檢測電容的三軸電容式加速度計，其特征在于:所述四個檢測電容被構建為:對應Y軸加速度，以X軸為界，處于X軸一側的一對檢測電容的電容值增大，另一對檢測電容的電容值減小。8.據權利要求5所述的共享檢測電容的三軸電容式加速度計，其特征在于:所述四個檢測電容被構建為:對應Z軸加速度，以Y軸為界，處于Y軸一側的一對檢測電容的電容值增大，另一對檢測電容的電容值減小。
【文檔編號】G01P15/18GK105823906SQ201510012223
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年1月9日
【發明人】鄭青龍, 付世
【申請人】深迪半導體(上海)有限公司