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专利号: 2012103924407
申请人: 中北大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列,其特征在于:包括第一六梁双岛T形结构传感器、第二六梁双岛T形结构传感器、以及四梁锥台结构传感器;

所述第一六梁双岛T形结构传感器包括X轴加速度传感器、Z轴低量程加速度传感器、以及第一正方形硅基框架(1);

X轴加速度传感器包括右侧矩形质量块(2)、右侧连接梁(3)、右上侧检测梁(4)、右下侧检测梁(5)、以及由第一-第四压敏元件(6-9)构成的第一惠斯通电桥;右侧矩形质量块(2)支悬于第一正方形硅基框架(1)的内腔右侧;右侧连接梁(3)沿右侧矩形质量块(2)的宽度方向中心线设置,且右侧矩形质量块(2)的右侧长边通过右侧连接梁(3)与第一正方形硅基框架(1)的右侧内壁固定;右上侧检测梁(4)沿右侧矩形质量块(2)的长度方向中心线设置,且右侧矩形质量块(2)的上侧短边通过右上侧检测梁(4)与第一正方形硅基框架(1)的上侧内壁固定;右下侧检测梁(5)沿右侧矩形质量块(2)的长度方向中心线设置,且右侧矩形质量块(2)的下侧短边通过右下侧检测梁(5)与第一正方形硅基框架(1)的下侧内壁固定;第一压敏元件(6)安装于右上侧检测梁(4)的上端左侧;第二压敏元件(7)安装于右上侧检测梁(4)的上端右侧;第三压敏元件(8)安装于右下侧检测梁(5)的下端左侧;

第四压敏元件(9)安装于右下侧检测梁(5)的下端右侧;

Z轴低量程加速度传感器包括左侧矩形质量块(10)、左侧连接梁(11)、左上侧检测梁(12)、左下侧检测梁(13)、以及由第五-第八压敏元件(14-17)构成的第二惠斯通电桥;左侧矩形质量块(10)支悬于第一正方形硅基框架(1)的内腔左侧;左侧连接梁(11)沿左侧矩形质量块(10)的宽度方向中心线设置,且左侧矩形质量块(10)的左侧长边通过左侧连接梁(11)与第一正方形硅基框架(1)的左侧内壁固定;左上侧检测梁(12)沿左侧矩形质量块(10)的长度方向中心线设置,且左侧矩形质量块(10)的上侧短边通过左上侧检测梁(12)与第一正方形硅基框架(1)的上侧内壁固定;左下侧检测梁(13)沿左侧矩形质量块(10)的长度方向中心线设置,且左侧矩形质量块(10)的下侧短边通过左下侧检测梁(13)与第一正方形硅基框架(1)的下侧内壁固定;第五压敏元件(14)安装于左上侧检测梁(12)的上端中央;第六压敏元件(15)安装于左上侧检测梁(12)的下端中央;第七压敏元件(16)安装于左下侧检测梁(13)的上端中央;第八压敏元件(17)安装于左下侧检测梁(13)的下端中央;

所述第二六梁双岛T形结构传感器包括Y轴加速度传感器、Z轴中量程加速度传感器、以及第二正方形硅基框架(18);

Y轴加速度传感器包括上侧矩形质量块(19)、上侧连接梁(20)、上左侧检测梁(21)、上右侧检测梁(22)、以及由第九-第十二压敏元件(23-26)构成的第三惠斯通电桥;上侧矩形质量块(19)支悬于第二正方形硅基框架(18)的内腔上侧;上侧连接梁(20)沿上侧矩形质量块(19)的宽度方向中心线设置,且上侧矩形质量块(19)的上侧长边通过上侧连接梁(20)与第二正方形硅基框架(18)的上侧内壁固定;上左侧检测梁(21)沿上侧矩形质量块(19)的长度方向中心线设置,且上侧矩形质量块(19)的左侧短边通过上左侧检测梁(21)与第二正方形硅基框架(18)左侧内壁固定;上右侧检测梁(22)沿上侧矩形质量块(19)的长度方向中心线设置,且上侧矩形质量块(19)的右侧短边通过上右侧检测梁(22)与第二正方形硅基框架(18)右侧内壁固定;第九压敏元件(23)安装于上左侧检测梁(21)的左端下侧;第十压敏元件(24)安装于上左侧检测梁(21)的左端上侧;第十一压敏元件(25)安装于上右侧检测梁(22)的右端下侧;第十二压敏元件(26)安装于上右侧检测梁(22)的右端上侧;

Z轴中量程加速度传感器包括下侧矩形质量块(27)、下侧连接梁(28)、下左侧检测梁(29)、下右侧检测梁(30)、以及由第十三-第十六压敏元件(31-34)构成的第四惠斯通电桥;下侧矩形质量块(27)支悬于第二正方形硅基框架(18)的内腔下侧;下侧连接梁(28)沿下侧矩形质量块(27)的宽度方向中心线设置,且下侧矩形质量块(27)的下侧长边通过下侧连接梁(28)与第二正方形硅基框架(18)的下侧内壁固定;下左侧检测梁(29)沿下侧矩形质量块(27)的长度方向中心线设置,且下侧矩形质量块(27)的左侧短边通过下左侧检测梁(29)与第二正方形硅基框架(18)左侧内壁固定;下右侧检测梁(30)沿下侧矩形质量块(27)的长度方向中心线设置,且下侧矩形质量块(27)的右侧短边通过下右侧检测梁(30)与第二正方形硅基框架(18)右侧内壁固定;第十三压敏元件(31)安装于下左侧检测梁(25)的左端中央;第十四压敏元件(32)安装于下左侧检测梁(25)的右端中央;第十五压敏元件(33)安装于下右侧检测梁(26)的左端中央;第十六压敏元件(34)安装于下右侧检测梁(26)的右端中央;

所述四梁锥台结构传感器包括Z轴高量程加速度传感器、以及第三正方形硅基框架(35);

Z轴高量程加速度传感器包括正方形质量块(36)、上侧检测梁(37)、下侧检测梁(38)、左侧检测梁(39)、右侧检测梁(40)、以及由第十七-第二十压敏元件(41-44)构成的第五惠斯通电桥;正方形质量块(36)支悬于第三正方形硅基框架(35)的内腔中央;上侧检测梁(37)沿正方形质量块(36)的中心线设置,且正方形质量块(36)的上侧边通过上侧检测梁(37)与第三正方形硅基框架(35)的上侧内壁固定;下侧检测梁(38)沿正方形质量块(36)的中心线设置,且正方形质量块(36)的下侧边通过下侧检测梁(38)与第三正方形硅基框架(35)的下侧内壁固定;左侧检测梁(39)沿正方形质量块(36)的中心线设置,且正方形质量块(36)的左侧边通过左侧检测梁(39)与第三正方形硅基框架(35)的左侧内壁固定;右侧检测梁(40)沿正方形质量块(36)的中心线设置,且正方形质量块(36)的右侧边通过右侧检测梁(40)与第三正方形硅基框架(35)的右侧内壁固定;第十七压敏元件(41)安装于上侧检测梁(37)的上端中央;第十八压敏元件(42)安装于右侧检测梁(40)的右端中央;

第十九压敏元件(43)安装于下侧检测梁(38)的下端中央;第二十压敏元件(44)安装于左侧检测梁(39)的左端中央;

第一正方形硅基框架(1)的右侧外壁与第二正方形硅基框架(18)的左侧外壁紧贴固定;第二正方形硅基框架(18)的右侧外壁与第三正方形硅基框架(35)的左侧外壁紧贴固定。

2.根据权利要求1所述的梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列,其特征在于:右上侧检测梁(4)的长度与右下侧检测梁(5)的长度相等,且右上侧检测梁(4)的长度大于右侧连接梁(3)的长度;右上侧检测梁(4)的厚度与右下侧检测梁(5)的厚度相等,且右上侧检测梁(4)的厚度大于右侧连接梁(3)的厚度;右上侧检测梁(4)的宽度与右下侧检测梁(5)的宽度相等,且右上侧检测梁(4)的宽度大于右侧连接梁(3)的宽度。

3.根据权利要求1所述的梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列,其特征在于:左上侧检测梁(12)的长度与左下侧检测梁(13)的长度相等,且左上侧检测梁(12)的长度大于左侧连接梁(11)的长度;左上侧检测梁(12)的厚度、左下侧检测梁(13)的厚度、左侧连接梁(11)的厚度均相等;左上侧检测梁(12)的宽度、左下侧检测梁(13)的宽度、左侧连接梁(11)的宽度均相等。

4.根据权利要求1所述的梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列,其特征在于:上左侧检测梁(21)的长度与上右侧检测梁(22)的长度相等,且上左侧检测梁(21)的长度大于上侧连接梁(20)的长度;上左侧检测梁(21)的厚度与上右侧检测梁(22)的厚度相等,且上左侧检测梁(21)的厚度大于上侧连接梁(20)的厚度;上左侧检测梁(21)的宽度与上右侧检测梁(22)的宽度相等,且上左侧检测梁(21)的宽度大于上侧连接梁(20)的宽度。

5.根据权利要求1所述的梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列,其特征在于:下左侧检测梁(29)的长度与下右侧检测梁(30)的长度相等,且下左侧检测梁(29)的长度大于下侧连接梁(28)的长度;下左侧检测梁(29)的厚度、下右侧检测梁(30)的厚度、下侧连接梁(28)的厚度均相等;下左侧检测梁(29)的宽度与下右侧检测梁(30)的宽度相等,且下侧连接梁(28)的宽度等于下左侧检测梁(29)的宽度的两倍。

6.根据权利要求1所述的梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列,其特征在于:上侧检测梁(37)的厚度、下侧检测梁(38)的厚度、左侧检测梁(39)的厚度、右侧检测梁(40)的厚度均相等;上侧检测梁(37)的宽度、下侧检测梁(38)的宽度、左侧检测梁(39)的宽度、右侧检测梁(40)的宽度均相等。

7.根据权利要求1所述的梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列,其特征在于:正方形质量块(36)的表面中央贯通开设有倒塔形孔洞(45)。

8.根据权利要求1所述的梁岛塔形压阻式三轴MEMS高量程加速度传感器阵列,其特征在于:第十七压敏元件(41)沿上侧检测梁(37)的长度方向安装于上侧检测梁(37)上端中央;第十八压敏元件(42)沿右侧检测梁(40)的宽度方向安装于右侧检测梁(40)右端中央;

第十九压敏元件(43)沿下侧检测梁(38)的长度方向安装于下侧检测梁(38)下端中央;第二十压敏元件(44)沿左侧检测梁(39)的宽度方向安装于左侧检测梁(39)左端中央。