【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微机电系统(mems)制造，具体为一种基于嵌入式叉齿止挡和防撞台的双轴抗冲击电容式加速度计传感器。
技术介绍
1、mems加速微机械加速度传感器具有质量小，功耗低，易于数字化和智能化等优势，在各个领域应用广泛。近年来，加速计得到了发展，但也受到了多方面阻碍，表现在加速度计难以承受峰值30000g、脉宽约8ms的加速度冲击。这种高过载恶劣环境对微机械加速度传感器抗过载能力提出苛刻要求。同时，为了实现增加准确性，其低量程工作状态也要满足测量精度要求。
2、迄今为止，为了平衡表头敏感结构刚度升高与小量程范围检测精度降低的矛盾，已提出多种具有过载保护装置的微电容式加速度计，但大部分无法满足低量程50g精确检测、同时兼容抗轴向峰值30000g、半正弦脉宽约8ms的加速度冲击。
技术实现思路
1、本专利技术为了克服现有技术的不足，解决加速度计在低量程精确检测的情况下，同时兼容抗横向和轴向峰值30000g、半正弦脉宽约8ms的加速度冲击的问题，提供了一种基于嵌入式叉齿止挡和防撞台的双轴抗冲击电容式加速度计传感器。
2、本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种基于嵌入式叉齿止挡和防撞台的双轴抗冲击电容式加速度计传感器，包括可动质量块、第一结构单元、第二结构单元与抗过载固定锚点区，所述可动质量块为整块结构，所述抗过载固定锚点区位于第一结构单元与第二结构单元之间；所述可动质量块根据第一结构单元、抗过载固定锚点区与第二结构单元的位置分为上、中、下三部分、且可动质量
3、进一步的，为了方便叙述，将可动质量块的上部以横向区域为界分开描写结构。所述可动质量块上部的结构包括横向区域，所述横向区域的中部开有长方形窗口，且窗口的左右内边分别通过相应的s型折叠梁与中间的同一个s型折叠梁固定锚点区连接，该s形折叠梁相当于弹簧，s型折叠梁固定锚点区为承重块，使得可动质量块出现x向上的移动时，可以恢复原状。在所述横向区域的左右端部还设有密集整齐排列的多个空气阻尼孔，使可动质量块移动时，能够避免空气阻力的干扰。所述横向区域的上方的中部设有左上y轴质量块分支、中上y轴质量块分支、右上y轴质量块分支，所述左上y轴质量块分支的本体上设有密集整齐排列的多个空气阻尼孔，所述左上y轴质量块分支的左右侧各连接有一组密集排列的质量块y轴梳齿，用于连接驱动y轴梳齿。所述中上y轴质量块分支长度小于左上y轴质量块分支，所述中上y轴质量块分支的本体内开有长方形窗口、且窗口的上下内边分别通过相应的s型折叠梁与中间的同一个s型折叠梁固定锚点区连接，该s形折叠梁相当于弹簧，s型折叠梁固定锚点区为承重块，使得可动质量块出现y向上的移动时，可以恢复原状。所述中上y轴质量块分支的左右外侧还各连接有一组密集排列的质量块y轴梳齿；所述右上y轴质量块分支的本体上设有密集整齐排列的多个空气阻尼孔，所有空气阻尼孔的作用均为测量时能够避免空气阻力的干扰。所述右上y轴质量块分支的左右侧各连接有一组密集排列的质量块y轴梳齿；所述横向区域的下方设有左下y轴质量块分支、中下y轴质量块分支、右下y轴质量块分支，所述左下y轴质量块分支与右下y轴质量块分支分别位于横向区域的左右两端，所述左下y轴质量块分支左侧与横梁左侧整体连接有一组密集排列的质量块y轴梳齿，所述右下y轴质量块分支右侧与横梁右侧整体连接有一组密集排列的质量块y轴梳齿，所述左下y轴质量块分支与右下y轴质量块分支各自的内侧也连接有密集排列的质量块y轴梳齿；所述中下y轴质量块分支的本体上设有密集整齐排列的多个空气阻尼孔，所述中下y轴质量块分支的左右两侧各连接有两个x轴质量块分支，两侧的两个x轴质量块分支均布设置，每个x轴质量块分支的两侧各连接有一组密集排列的质量块x轴梳齿，用于连接驱动x轴梳齿。所述横向区域的左端顶部设有第一嵌入式防撞台、右端顶部设有第二嵌入式防撞台，所述第一嵌入式防撞台与第二嵌入式防撞台形状均为两个相同的方形的可动质量块柔性止挡块，用于连接防撞台锚点区，形成第一和第二防撞区，使可动质量块在冲击时能够减小其摆动幅度。
4、所述第一结构单元包括上方y轴驱动梳齿锚点区、两个防撞台锚点区、左方x轴驱动梳齿锚点区、右方x轴驱动梳齿锚点区，所述上方y轴驱动梳齿锚点区外部形状呈方形，且环绕于可动质量块上部结构的外围；两个防撞台锚点区呈方形，且分别位于与第一嵌入式防撞台及第二嵌入式防撞台相应的位置，而且防撞台锚点区设有一个固定驱动柔性止挡块，所述固定驱动柔性止挡块的形状尺寸与两个可动质量块柔性止挡块之间的间隔相匹配，且固定驱动柔性止挡块不接触的插入两个可动质量块柔性止挡块之间，使得两个所述防撞台锚点区分别与第一嵌入式防撞台及第二嵌入式防撞台形成防撞间隙，也就形成了防撞区；两个防撞台锚点区不接触的嵌入上方y轴驱动梳齿锚点区内。每组质量块y轴梳齿所形成的梳齿间隙内均不接触嵌入式的插接有对应的驱动y轴梳齿，每组质量块x轴梳齿所形成的梳齿间隙内均不接触嵌入式的插接有对应的驱动x轴梳齿；位于外围的驱动y轴梳齿固定于y轴驱动梳齿锚点区；位于中下y轴质量块分支左侧的驱动x轴梳齿以及位于左下y轴质量块分支内侧的驱动y轴梳齿固定于左方x轴驱动梳齿锚点区；位于中下y轴质量块分支右侧的驱动x轴梳齿以及位于右下y轴质量块分支内侧的驱动y轴梳齿固定于右方x轴驱动梳齿锚点区；质量块y轴梳齿与对应匹配插接的驱动y轴梳齿形成沿y轴方向的可变间隙敏感差动电容；质量块x轴梳齿与对应匹配插接的驱动x轴梳齿形成沿x轴方向的可变间隙敏感差动电容，具体为单根的质量块梳齿与此处的相应插接的两根驱动梳齿形成可变间隙敏感差动电容，从而使整体的质量块梳齿与驱动梳齿形成x向或y向的可变间隙敏感差动电容。在x向和y向分别施加相同的加速度，可动质量块的位移是相同的。
5、所述可动质量块下部的横向区域的左端底部设有第三嵌入式防撞台、右端底部设有第四嵌入式防撞台，所述第三嵌入式防撞台与第四嵌入式防撞台形状均为两个相同的方形的可动质量块柔性止挡块；位于第二结构单元的下方的两个防撞台锚点区分别位于与第三嵌入式防撞台及第四嵌入式防撞台相应的位置，所述第三嵌入式防撞台及第四嵌入式防撞台与相应的防撞台锚点区的连接结构与上方第一第二嵌入式防撞台与防撞台锚点区的连接结构相同，形成了第三和第四防撞区。
6本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于嵌入式叉齿止挡和防撞台的双轴抗冲击电容式加速度计传感器，其特征在于：包括可动质量块（110）、第一结构单元、第二结构单元与抗过载固定锚点区，所述可动质量块（110）为整块结构，所述抗过载固定锚点区位于第一结构单元与第二结构单元之间；所述可动质量块（110）根据第一结构单元、抗过载固定锚点区与第二结构单元的位置分为上、中、下三部分、且可动质量块（110）上下部分结构相同且对称，所述可动质量块（110）的上下部分分别左右对称；
2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式叉齿止挡和防撞台的双轴抗冲击电容式加速度计传感器，其特征在于：所述可动质量块（110）上部的结构包括横向区域（1101），所述横向区域（1101）的中部开有长方形窗口，且窗口的左右内边分别通过相应的S型折叠梁（66）与中间的同一个S型折叠梁固定锚点区（65）连接，所述横向区域（1101）的左右端部还设有密集整齐排列的多个空气阻尼孔（111）；所述横向区域（1101）的上方的中部设有左上Y轴质量块分支（1102）、中上Y轴质量块分支（1103）、右上Y轴质量块分支（1104），所述左上Y轴质量块分支（
3.根据权利要求1或2所述的一种基于嵌入式叉齿止挡和防撞台的双轴抗冲击电容式加速度计传感器，其特征在于：所述抗过载固定锚点区包括各自独立的第一抗过载固定锚点区（1）、第二抗过载固定锚点区（2）、第三抗过载固定锚点区（3）、第四抗过载固定锚点区（4）；所述可动质量块（110）的中部结构包括三组质量止挡块，位于左侧的质量止挡块Ⅰ用于连接可动质量块（110）上下部分相应的左下Y轴质量块分支（1105），位于中部的质量止挡块Ⅱ用于连接可动质量块（110）上下部分相应的中下Y轴质量块分支（1106），位于右侧的质量止挡块Ⅲ用于连接可动质量块（110）上下部分相应的右下Y轴质量块分支（1107）；
4.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式叉齿止挡和防撞台的双轴抗冲击电容式加速度计传感器，其特征在于：每个防撞台锚点区（42）与相应的嵌入式防撞台之间的间隙为3um；每个抗双轴过载嵌入式叉齿止挡区内，相应的抗过载固定锚点区与相应连接的质量止挡块之间的间隙为3 um。
5.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式叉齿止挡和防撞台的双轴抗冲击电容式加速度计传感器，其特征在于：所述质量块Y轴梳齿（61）与驱动Y轴梳齿（62）的梳齿间短间距为4um，长间距为12um；所述质量块X轴梳齿（63）与驱动X轴梳齿（64）的梳齿间短间距为4um，长间距为12um。
6.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式叉齿止挡和防撞台的双轴抗冲击电容式加速度计传感器...
【技术特征摘要】
1.一种基于嵌入式叉齿止挡和防撞台的双轴抗冲击电容式加速度计传感器，其特征在于：包括可动质量块（110）、第一结构单元、第二结构单元与抗过载固定锚点区，所述可动质量块（110）为整块结构，所述抗过载固定锚点区位于第一结构单元与第二结构单元之间；所述可动质量块（110）根据第一结构单元、抗过载固定锚点区与第二结构单元的位置分为上、中、下三部分、且可动质量块（110）上下部分结构相同且对称，所述可动质量块（110）的上下部分分别左右对称；
2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式叉齿止挡和防撞台的双轴抗冲击电容式加速度计传感器，其特征在于：所述可动质量块（110）上部的结构包括横向区域（1101），所述横向区域（1101）的中部开有长方形窗口，且窗口的左右内边分别通过相应的s型折叠梁（66）与中间的同一个s型折叠梁固定锚点区（65）连接，所述横向区域（1101）的左右端部还设有密集整齐排列的多个空气阻尼孔（111）；所述横向区域（1101）的上方的中部设有左上y轴质量块分支（1102）、中上y轴质量块分支（1103）、右上y轴质量块分支（1104），所述左上y轴质量块分支（1102）的本体上设有密集整齐排列的多个空气阻尼孔（111），所述左上y轴质量块分支（1102）的左右侧各连接有一组密集排列的质量块y轴梳齿（61）；所述中上y轴质量块分支（1103）长度小于左上y轴质量块分支（1102），所述中上y轴质量块分支（1103）的本体内开有长方形窗口、且窗口的上下内边分别通过相应的s型折叠梁（66）与中间的同一个s型折叠梁固定锚点区（65）连接，所述中上y轴质量块分支（1103）的左右外侧还各连接有一组密集排列的质量块y轴梳齿（61）；所述右上y轴质量块分支（1104）的本体上设有密集整齐排列的多个空气阻尼孔（111），所述右上y轴质量块分支（1104）的左右侧各连接有一组密集排列的质量块y轴梳齿（61）；所述横向区域（1101）的下方设有左下y轴质量块分支（1105）、中下y轴质量块分支（1106）、右下y轴质量块分支（1107），所述左下y轴质量块分支（1105）与右下y轴质量块分支（1107）分别位于横向区域（1101）的左右两端，所述左下y轴质量块分支（1105）左侧与横梁（1101）左侧整体连接有一组密集排列的质量块y轴梳齿（61），所述右下y轴质量块分支（1107）右侧与横梁（1101）右侧整体连接有一组密集排列的质量块y轴梳齿（61），所述左下y轴质量块分支（1105）与右下y轴质量块分支（1107）各自的内侧也连接有密集排列的质量块y轴梳齿（61）；所述中下y轴质量块分支（1106）的本体上设有密集整齐排列的多个空气阻尼孔（111），所述中下y轴质量块分支（1106）的左右两侧各连接有两个x轴质量块分支（1107），两侧的两个x轴质量块分支（1107）均布设置，每个x轴质量块分支（1107）的两侧各连接有一组密集排列的质量块x轴梳齿（63）；所述横向区域（1101）的左端顶部设有第一嵌入式防撞台（51）、右端顶部设有第二嵌入式防撞台（52），所述第一嵌入式防撞台（51）与第二嵌入式防撞台（52）形状均为两个相同的方形的可动质量块柔性止挡块（21）；
3.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：石云波，赵锐，帅清，张旭，唐军，刘俊，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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