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(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115201515A(43)申请公布日2022.10.18(21)申请号202210743282.9(22)申请日2022.06.27(71)申请人北京航天控制仪器研究所地址100854北京市海淀区北京142信箱403分箱(72)发明人张乐民刘福民刘国文李兆涵徐宇新王学锋(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009专利代理师张辉(51)Int.Cl.G01P15/125(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图1页(54)发明名称一种单质量三轴MEMS加速度计敏感结构(57)摘要本发明提出一种单质量三轴MEMS加速度计敏感结构,实现三个轴向加速度的检测。通过结构对称性设计、检测差分设计、“工”字型弹性梁设计、交叉轴解耦设计显著降低交叉轴耦合。将检测梳齿锚区位置设计在结构轴线两侧附近,降低了温度变化过程中检测锚区在垂直于结构轴线方向上的位移,降低了环境温度变化时热应力对检测电容间隙变化的影响,提高加速度计输出特性的温度稳定性。CN115201515ACN115201515A权利要求书1/3页1.一种单质量三轴MEMS加速度计敏感结构,其特征在于:所述敏感结构整体为正方形布局,包括四角的固定锚区(1)、四周的侧边结构单元和中心敏感结构单元;以敏感结构中心为原点O,过原点与敏感结构的一条边平行的线作为X轴,过原点与X轴垂直的线作为Y轴,建立X‑Y坐标系,整个敏感结构关于X轴对称,关于Y轴对称,以原点为中心旋转90°对称,关于原点中心对称;每个侧边结构单元均包括两组“工”字形的检测框架弹性梁(2)、检测框架(3)、多组平行的第一检测梳齿组(4)、多组平行的第二检测梳齿组(5)、两组检测梳齿轴(6)、两个检测梳齿锚区(7);在每个侧边结构单元内,检测框架(3)通过两组“工”字形的检测框架弹性梁(2)分别与两个固定锚区(1)相连,并固定在基底上;检测框架(3)中心加工有两个检测梳齿锚区(7),检测梳齿轴(6)通过检测梳齿锚区(7)固定在基底上;所述检测梳齿轴(6)位于侧边结构单元中心线上,且与侧边结构单元长边平行;检测梳齿轴(6)上连接有多组第二检测梳齿组(5),每组第二检测梳齿组(5)包括两根第二检测梳齿,两根第二检测梳齿关于检测梳齿轴(6)对称,且不与检测框架(3)连接;检测框架(3)上连接有多组第一检测梳齿组(4),每组第一检测梳齿组(4)包括两根第一检测梳齿,两根第一检测梳齿关于检测梳齿轴(6)对称,且不与检测梳齿轴(6)连接;中心敏感结构单元包括Z轴敏感质量块(14)和位于中心敏感结构单元四周的4套连接结构;每套连接结构包括“工”字型敏感质量弹性梁(8)、敏感质量支撑梁(9)、两根第一Z向扭转梁(10)、Z向转动梁(11)、两根第二Z向扭转梁(12)、两根扭转连接梁(13);4个敏感质量支撑梁(9)首尾连接组成敏感质量支撑框架;在每套连接结构中,每个敏感质量支撑梁(9)通过一个“工”字形敏感质量弹性梁(8)与对应的检测框架(3)相连,记敏感质量支撑梁(9)的两条中轴线分别为第一中轴线和第二中轴线,所述第一中轴线与对应的检测框架(3)长边平行,第二中轴线与对应的检测框架(3)短边平行;敏感质量支撑梁(9)靠近Z轴敏感质量块(14)的一侧加工有两根第一Z向扭转梁(10),两根第一Z向扭转梁(10)位于同一直线上,且该直线与第一中轴线平行;敏感质量支撑梁(9)通过两根第一Z向扭转梁(10)与Z向转动梁(11)的一端相连,Z向转动梁(11)位于敏感质量支撑梁(9)第二中轴线上,且与敏感质量支撑梁(9)及两根第一Z向扭转梁(10)垂直;Z向转动梁(11)的另一端同时与两根第二Z向扭转梁(12)的一端相连;两根第二Z向扭转梁(12)在一条直线上,且其方向与Z向转动梁(11)垂直;每根第二Z向扭转梁(12)的另一端连接在一根扭转连接梁(13)的中心处,两根扭转连接梁(13)的两端都连接在敏感质量块(14)上;第一Z向扭转梁(10)与第二Z向扭转梁(12)尺寸相同;在Z轴敏感质量块(14)内部设计阵列分布的阻尼孔(16);在Z轴敏感质量块(14)对应位置下方的基底上设计Z轴敏感电极(15),Z轴敏感电极(15)与Z敏感质量块(14)构成可变间隙的电容结构,用于检测Z轴敏感质量块(14)在Z轴方向的运动。2.根据权利要求1所述的一种单质量三轴MEMS加速度计敏感结构,其特征在于:每组第二检测梳齿组(5)位于两组第一检测梳齿组(4)之间,检测梳齿轴(6)顶端为第二检测梳齿组;每组第一检测梳齿组(4)与其两侧的第二检测梳齿组(5)形成电容结构,其中一侧为大间隙电容,另一侧为小间隙电容;位于梳齿轴(6)顶端的第二检测梳齿组与检测框架(3)间2CN115201515A权利要求书2/