壓阻式高g值加速度計(jì)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及微機(jī)械電子技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種壓阻式高ｇ值加速度計(jì)。解決了現(xiàn)有壓阻式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)不能同時(shí)滿足固有頻率高、靈敏度高、能承受較高的橫向加速度等特性要求的問題，該加速度計(jì)包括固定于玻璃底板上的硅基框架、彈性梁、以及通過彈性梁支懸于硅基框架中央的質(zhì)量塊，彈性梁端部設(shè)有構(gòu)成惠斯通電橋的壓敏電阻，彈性梁的梁寬與質(zhì)量塊的寬度相等，而彈性梁的梁厚小于質(zhì)量塊的厚度，且質(zhì)量塊背部開有凹槽。本發(fā)明專利技術(shù)結(jié)構(gòu)合理、簡單，同時(shí)具有良好的抗過載能力等特性要求，避免了在惡劣沖擊環(huán)境下失效的問題；且制作工藝比較簡單，適用于高量程的加速度計(jì)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及微機(jī)械電子
，具體是一種壓阻式高g值加速度計(jì)。
技術(shù)介紹
加速度計(jì)廣泛應(yīng)用于航空、電子、汽車和機(jī)械領(lǐng)域的振動(dòng)和沖擊測量。隨著微機(jī)電MEMS產(chǎn)業(yè)的興起，加速度計(jì)逐漸向微型化、集成化方向發(fā)展。由于微加速度計(jì)具有體積小、質(zhì)量輕、成本低、功耗低、易批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此具有廣泛的軍事和民用前景。其中壓阻式加速度計(jì)由于具有線性度好、外圍電路簡單、抗過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于沖擊環(huán)境的加速度測量。而基于不同沖擊環(huán)境的測量需求，壓阻式加速度計(jì)中的高g值加速度計(jì)更是受到廣泛的關(guān)注。壓阻式加速度計(jì)包括固定于玻璃底板上的硅基框架，以及通過彈性梁支懸于硅基框架中央的質(zhì)量塊，彈性梁端部設(shè)有構(gòu)成惠斯通電橋的壓敏電阻。目前，壓阻式加速度計(jì)根據(jù)彈性梁的梁厚、梁寬分為梁島式和平膜式兩種：梁島式結(jié)構(gòu)，梁厚小于質(zhì)量塊厚度，梁寬也小于質(zhì)量塊的寬度，即存在相對質(zhì)量塊，其靈敏度較高，但固有頻率較難提高，但由于質(zhì)量塊質(zhì)心與梁的中性面(即與梁的上表面平行過梁中心的平面)位于不同平面，抗沖擊能力較差，尤其當(dāng)結(jié)構(gòu)承受橫向加速度時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)因受到較大的扭矩發(fā)生扭轉(zhuǎn)，造成結(jié)構(gòu)損壞；平膜式結(jié)構(gòu)，梁厚與質(zhì)量塊厚度相同，梁寬亦與質(zhì)量塊寬度相同，即不存在相對質(zhì)量塊，其固有頻率高，能有效地提高抗沖擊性能，且能承受更高的橫向加速度，-->但由于沒有相對質(zhì)量塊的存在，應(yīng)力集中區(qū)較小，靈敏度相對較低，且線性度較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為了解決現(xiàn)有壓阻式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)不能同時(shí)滿足固有頻率高、靈敏度高、能承受較高的橫向加速度等特性要求的問題，提供了一種壓阻式高g值加速度計(jì)。本專利技術(shù)是采用如下技術(shù)方案的：壓阻式高g值加速度計(jì)，包括固定于玻璃底板上的硅基框架、彈性梁、以及通過彈性梁支懸于硅基框架中央的質(zhì)量塊，彈性梁端部設(shè)有構(gòu)成惠斯通電橋的壓敏電阻，彈性梁的梁寬與質(zhì)量塊的寬度相等，而彈性梁的梁厚小于質(zhì)量塊的厚度，且質(zhì)量塊背部開有凹槽。當(dāng)質(zhì)量塊受到Z向的加速度作用時(shí)，質(zhì)量塊受力引起彈性梁的彎曲變形，彈性梁的變形引起彈性梁上壓敏電阻產(chǎn)生應(yīng)變，壓敏電阻受到的橫向應(yīng)力和縱向應(yīng)力使電阻阻值發(fā)生變化，由壓敏電阻構(gòu)成的惠斯通電橋輸出信號(hào)，即能檢測出Z向的加速度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)將平膜式結(jié)構(gòu)和梁島式結(jié)構(gòu)的壓阻式加速度計(jì)有效的結(jié)合在一起，從而使梁島式結(jié)構(gòu)與平膜式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)得到了有效的結(jié)合，使本專利技術(shù)所述加速度計(jì)具有靈敏度較高、固有頻率高、能有效地提高抗沖擊性能、且能承受更高的橫向加速度的優(yōu)點(diǎn)；并利用KOH溶液在質(zhì)量塊背部開槽腐蝕，減輕質(zhì)量塊質(zhì)量，使質(zhì)量塊的質(zhì)心上移，與彈性梁中性面的距離縮小，所以位移較小，所述的加速度計(jì)結(jié)構(gòu)能承受較大的高g慣性力，因而具有較好的抗過載能力。經(jīng)有限元ANSYS軟件分析(加載10000g慣性力，各結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)一-->致，如：梁寬、梁厚等等)：經(jīng)數(shù)據(jù)比較，本專利技術(shù)所述加速度計(jì)結(jié)構(gòu)的一階固有頻率、最大等效應(yīng)力介于梁島式結(jié)構(gòu)與平膜式結(jié)構(gòu)之間，較之梁島式結(jié)構(gòu)與平膜式結(jié)構(gòu)的加速度計(jì)，本所述加速度計(jì)結(jié)構(gòu)的一階固有頻率、以及最大等效應(yīng)力表征的靈敏度相對較高，且其靈敏度能通過惠斯通電橋的串聯(lián)增大輸出，得到進(jìn)一步提高。本專利技術(shù)所述加速度計(jì)采用硅基襯底，通過KOH濕法腐蝕劑在(100)晶面進(jìn)行各向異性腐蝕出質(zhì)量塊和框架結(jié)構(gòu)，采用ICP刻蝕工藝刻蝕得到梁結(jié)構(gòu)；梁上擴(kuò)散有構(gòu)成惠斯通電橋的壓敏電阻；硅基框架和起到限位保護(hù)作用的玻璃底蓋采用靜電鍵合技術(shù)鍵合在一起。同時(shí)，通過KOH濕法腐蝕劑腐蝕質(zhì)量塊底部，在質(zhì)量塊底部形成凹槽。其所采用的加工技術(shù)皆為現(xiàn)有公知技術(shù)，本
的技術(shù)人員能通過現(xiàn)有公知加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)所述加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)。本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)合理、簡單，同時(shí)具有良好的抗過載能力等特性要求，避免了在惡劣沖擊環(huán)境下失效的問題；且制作工藝比較簡單，適用于高量程的加速度計(jì)。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A剖面圖；圖3為本專利技術(shù)壓敏電阻連接構(gòu)成的一具體惠斯通電橋原理圖；-->圖中：1-硅基框架；2-彈性梁；3-質(zhì)量塊；4-壓敏電阻；5-凹槽；6-玻璃底板。具體實(shí)施方式壓阻式高g值加速度計(jì)，包括固定于玻璃底板6上的硅基框架1、彈性梁2、以及通過彈性梁2支懸于硅基框架1中央的質(zhì)量塊3，彈性梁2端部設(shè)有構(gòu)成惠斯通電橋的壓敏電阻4，彈性梁2的梁寬與質(zhì)量塊3的寬度相等，而彈性梁2的梁厚小于質(zhì)量塊3的厚度，且質(zhì)量塊3背部開有凹槽5。具體實(shí)施時(shí)，彈性梁2兩端分別擴(kuò)散有壓敏電阻4(即彈性梁2與質(zhì)量塊3、硅基框體1的交叉處皆設(shè)置有壓敏電阻4，四根彈性梁上共擴(kuò)散有八個(gè)壓敏電阻)，彈性梁2兩端的壓敏電阻4分別構(gòu)成兩個(gè)串聯(lián)于一起的惠斯通電橋，如圖3所示，電阻R1、R2、R3和R4夠成一個(gè)惠斯通電橋，另外四個(gè)電阻R5、R6、R7和R8構(gòu)成另一個(gè)惠斯通電橋，將兩個(gè)電橋串聯(lián)能增大輸出信號(hào)，進(jìn)一步提高本結(jié)構(gòu)的輸出靈敏度。-->本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種壓阻式高ｇ值加速度計(jì)，包括固定于玻璃底板（６）上的硅基框架（１）、彈性梁（２）、以及通過彈性梁（２）支懸于硅基框架（１）中央的質(zhì)量塊（３），彈性梁（２）端部設(shè)有構(gòu)成惠斯通電橋的壓敏電阻（４），其特征是：彈性梁（２）的梁寬與質(zhì)量塊（３）的寬度相等，而彈性梁（２）的梁厚小于質(zhì)量塊（３）的厚度，且質(zhì)量塊（３）背部開有凹槽（５）。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種壓阻式高g值加速度計(jì)，包括固定于玻璃底板(6)上的硅基框架(1)、彈性梁(2)、以及通過彈性梁(2)支懸于硅基框架(1)中央的質(zhì)量塊(3)，彈性梁(2)端部設(shè)有構(gòu)成惠斯通電橋的壓敏電阻(4)，其特征是：彈性梁(2)的梁寬與質(zhì)量塊(3)的寬度...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：石云波，劉俊，張文棟，崔永俊，楊玉華，孟美玉，張瓊，
申請(專利權(quán))人：中北大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：14[中國|山西]