一种MEMS三轴加速度测量装置的制作方法

本发明涉及一种mems三轴加速度测量装置，属于微机械传感器。

背景技术：

1、微机电系统(micro-electro-mechanical system,mems) 三轴加速度计是基于微加工技术制造的微机械传感器，用以同时测量物体在三个正交轴上的线性加速度。电容式mems三轴加速度计一般基于集成电路类似工艺制作出特定立体三维结构，属于结构型传感器；由于是结构型传感器，电容式mems三轴加速度计的精度，尤其是零偏，对各种机械应力表现出敏感性；零偏可以是由支撑加速度计的基片变形引起的，包括不对称变形。

2、目前，在基片不对称变形的情况下，或者可动质量块相对基片一侧倾斜的情况下，导致可动质量块的相对两侧的差分检测电容经历不同的变化量，因此加速度计的测量将出现零偏误差；这种零偏误差目前在z轴加速度计中，相比x轴和y轴，表现的更大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种mems三轴加速度测量装置，能够有效抵消不对称变形对mems三轴加速度计在z轴方向上造成的零偏误差，解决了当前因基片不对称变形造成mems三轴加速度计在z轴方向上出现零偏误差的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、本发明一方面提供了一种mems三轴加速度测量装置，包括：

4、基片，中心设有主锚点；

5、固定框架，通过所述主锚点与所述基片固接；

6、x轴测量模块，设于所述固定框架一侧，用于测量x轴方向的加速度；

7、y轴测量模块，设于所述固定框架另一侧，用于测量y轴方向的加速度；

8、z轴测量模块，包括z轴质量块和具有沿y轴转动柔度的第一支撑梁；其中，所述z轴质量块套设于所述固定框架上，并通过所述第一支撑梁与所述固定框架固接；所述z轴质量块能够围绕所述第一支撑梁偏转，产生平面偏转位移；

9、z轴活动梳齿板组，设于所述z轴质量块侧面；

10、z轴固定梳齿板组，设于所述固定框架侧面；所述z轴固定梳齿板组与所述z轴活动梳齿板组交替间隔分布；

11、多个离散电极，设于所述基片上，并对应分布于z轴活动梳齿板组和z轴固定梳齿板组下方，形成用于将平面偏转位移转换为差分电容变化量的离散电容结构。

12、可选地，每个所述离散电极的宽度均相等。

13、可选地，所述z轴质量块中部镂空，形成镂空转动区；

14、所述固定框架位于所述镂空转动区中部，所述第一支撑梁分布于所述固定框架的前后两侧。

15、可选地，所述镂空转动区一侧还设有用于构造z轴质量块关于第一支撑梁左右两侧转动惯量不相等的偏心镂空区。

16、可选地，所述z轴活动梳齿板组包括多个位于第一支撑梁左侧的z轴活动左梳齿板和多个位于第一支撑梁右侧的z轴活动右梳齿板；多个所述z轴活动左梳齿板、z轴活动右梳齿板与镂空转动区内侧壁固接；

17、所述z轴固定梳齿板组包括多个位于第一支撑梁左侧的z轴固定左梳齿板和多个位于第一支撑梁右侧的z轴固定右梳齿板；多个所述z轴固定左梳齿板、z轴固定右梳齿板与固定框架外侧固接；

18、多个所述z轴活动左梳齿板与多个所述z轴固定左梳齿板交替间隔分布；

19、多个所述z轴活动右梳齿板与多个所述z轴固定右梳齿板交替间隔分布。

20、可选地，每个所述z轴固定左梳齿板、z轴活动左梳齿板、z轴活动右梳齿板和z轴固定右梳齿板下方均对应一个离散电极；

21、多个所述z轴活动左梳齿板下方的离散电极与多个所述z轴固定右梳齿板下方的离散电极相连，形成第一离散电极组；所述第一离散电极组与所述z轴质量块、z轴固定梳齿板组，构成第一离散电容结构；

22、多个所述z轴固定左梳齿板下方的离散电极与多个所述z轴活动右梳齿板下方的离散电极相连，形成第二离散电极组；所述第二离散电极组与所述z轴质量块、z轴固定梳齿板组，构成第二离散电容结构。

23、可选地，所述z轴固定左梳齿板、z轴活动左梳齿板、z轴活动右梳齿板和z轴固定右梳齿板的宽度均相等。

24、可选地，所述固定框架一侧开设有第一镂空槽；

25、所述基片在所述第一镂空槽下方靠近所述主锚点一侧设有x轴定齿锚点；

26、所述x轴测量模块包括x轴质量块、多个间隔分布的x轴差分检测梳齿对和具有x轴方向柔度的第二支撑梁；

27、所述第二支撑梁一端与所述x轴质量块固接，另一端与所述第一镂空槽内壁固接，所述x轴质量块能够产生x轴位移；

28、所述x轴差分检测梳齿分别与所述x轴质量块、x轴定齿锚点相连，用于将x轴位移转化为差分电容变化量；

29、所述固定框架另一侧开设有第二镂空槽；

30、所述基片在所述第二镂空槽下方靠近所述主锚点一侧设有y轴定齿锚点；

31、所述y轴测量模块包括y轴质量块、多个间隔分布的y轴差分检测梳齿对和具有y轴方向柔度的第三支撑梁；

32、所述第三支撑梁一端与所述y轴质量块固接，另一端与所述第二镂空槽内壁固接，所述y轴质量块能够产生y轴位移；

33、所述y轴差分检测梳齿分别与所述y轴质量块、y轴定齿锚点相连，用于将y轴位移转化为差分电容变化量。

34、可选地，所述x轴差分检测梳齿对包括x轴固定梳齿板、与所述x轴固定梳齿板相对的x轴活动梳齿板；所述x轴活动梳齿板固接于x轴质量块侧面；所述x轴固定梳齿板通过所述x轴定齿锚点与所述基片固接。

35、可选地，所述y轴差分检测梳齿对包括y轴固定梳齿板、与所述y轴固定梳齿板相对的y轴活动梳齿板；所述y轴活动梳齿板固接于y轴质量块侧面；所述y轴固定梳齿板通过所述y轴定齿锚点与所述基片固接。

36、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

37、1、本发明基于固定框架集成对三轴加速度的测量功能，固定框架通过主锚点固定于基片上，形成在基片中心处的单支点准悬浮结构，交替间隔分布的z轴活动梳齿板组、z轴固定梳齿板组以及下方的多个离散电极，配合单支点准悬浮结构进而形成用于将平面偏转位移转换为差分电容变化量的离散电容结构，减小了z轴测量模块与基片之间的力学耦合作用，能够有效抵消不对称变形对mems三轴加速度计在z轴方向上造成的零偏误差，解决了当前因基片不对称变形造成mems三轴加速度计在z轴方向上出现零偏误差的问题。

38、2、本发明通过第一离散电容结构和第二离散电容结构实现差分电容检测，由于z轴固定梳齿板组与z轴活动梳齿板组呈交替间隔分布，因此第一离散电容结构与第二离散电容结构也呈交替间隔分布，对于任意相邻的一对离散电极，其在各自的局部构成了尺寸更小的离散电容结构，即任意一对离散电极，其离散电容结构在任意基片变形下依然保持局部的高度对称，能够进一步抵消不对称变形对z轴方向上造成的零偏误差。

39、3、本发明x轴测量模块、y轴测量模块设于固定框架上，分别通过靠近主锚点的的x轴定齿锚点与y轴定齿锚点，固定x轴固定梳齿板和y轴固定梳齿板，配合固定框架与主锚点形成的单支点准悬浮结构，进一步降低了基片应力对x轴测量模块与y轴测量模块的零偏影响。