技术领域
[0001] 本
发明涉及加速度计技术领域，尤其涉及一种高恢复
力的加速度计。
背景技术
[0002] 电容式加速度计内部存在一个
质量块，从单个单元来看，它是标准的平板电容器。加速度的变化带动活动质量块的移动从而改变平板电容两极的间距和正对面积，通过测量电容变化量来计算加速度。电容式加速度计具有灵敏度高、功耗低、
温度特性好、能工作在力平衡闭环模式下等优点，因而得到了广泛的研究和应用。但是目前的电容式加速度计的恢复力还不能满足需求。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种加速度计，能够具有较高的恢复力。
[0004] 为了解决上述问题，本发明提供了一种加速度计，包括
基板、检测质量块及
支撑基座，所述支撑基座固定在所述基板上，所述检测质量块通过一相对设置的弹片以非对称的方式悬置在所述支撑基座的表面，当所述加速度计存在一与基板表面垂直方向的加速度时，所述检测质量块以弹片所在直线为轴转动，所述基板包括凹腔及第一限位块，所述凹腔设置于所述检测质量块质量较大的一侧，用于防止所述检测质量块在转动过程中触碰所述基板，所述第一限位块位于所述支撑基座与所述凹腔之间，用于限制所述检测质量块可以转至的最大
位置。
[0005] 进一步，所述加速度计包括一绝缘层，所述绝缘层填充满所述凹腔。
[0006] 进一步，所述加速度计包括至少一个第一梳齿状电容组，所述第一梳齿状电容组包括固定设置在所述基板上的第一感测电容板，设置在所述检测质量块上与所述第一感测电容板相应位置的第二感测电容板，当所述加速度计存在一与基板表面平行的第一方向的加速度时，所述第一梳齿状电容组的电容发生变化。
[0007] 进一步，所述第一梳齿状电容组还包括设置在支撑基座上与所述第一感测电容板相应位置的第三感测电容板。
[0008] 进一步，所述加速度计包括两个第一梳齿状电容组，所述第一梳齿状电容组沿与基板表面平行的第一方向两两相对设置。
[0009] 进一步，所述加速度计包括至少一个第二梳齿状电容组，所述第二梳齿状电容组包括固定设置在所述基板上的第一感测电容板，设置在所述检测质量块上与所述第一感测电容板相应位置的第二感测电容板，当所述加速度计存在一与基板表面平行的第二方向的加速度时，所述第二梳齿状电容组的电容发生变化，所述第一方向与所述第二方向垂直。
[0010] 进一步，所述加速度计包括两个第二梳齿状电容组，所述第二梳齿状电容组沿与基板表面平行的第二方向两两相对设置。
[0011] 进一步，所述基板还包括第二限位块，所述第二限位块对应于所述检测质量块质量较小的一侧设置，用于限制所述检测质量块可以转至的最大位置。
[0012] 进一步，还包括至少两个
电极，所述两个电极相对设置在基板上并分别对应于所述检测质量块质量较大的一侧和质量较小的一侧，用于与所述检测质量块形成电容。
[0013] 进一步，所述支撑基座采用多点固定的方式固定在所述基板上。
[0014] 本发明的优点在于，将第一限位块靠近支撑基座设置，能够显著增大检测质量块的恢复力，在基板上设置凹腔，避免由于第一限位块靠近支撑基座设置导致的检测质量块与所述基板上的凸起触碰或者检测质量块的边缘与所述基板触碰。
附图说明
[0015] 图1所示为本发明加速度计第一具体实施方式的俯视图；图2所示为图1中的A-A向截面示意图；
图3所示为本发明加速度计另一具体实施方式的结构示意图；
图4A所示为第一限位块内移前的示意图；
图4B所示为第一限位块内移后的示意图；
图5所示为本发明加速度计第二具体实施方式的俯视图；
附图6所示为在基板上设置绝缘层的加速度计的示意图。
具体实施方式
[0016] 下面结合附图对本发明提供的加速度计的具体实施方式做详细说明。
[0017] 图1所示是本发明加速度计第一具体实施方式的俯视图。图2所示为图1中的A-A截面示意图。参见图1及图2所示，所述加速度计100包括基板1、检测质量块2及支撑基座3。
[0018] 所述支撑基座3固定在所述基板1上，在本具体实施方式中，所述支撑基座3采用一点固定的方式固定在基板1上，在本发明另一具体实施方式中，所述支撑基座3采用多点固定的方式固定在基板1上。
[0019] 所述检测质量块2通过一相对设置的弹片21以非对称的方式悬置在所述支撑基座3的表面。所述弹片21可以利用悬臂式、螺旋形、支梁型等结构来实现。所述非对称的方式指的是，以弹片21所在直线为分界线，检测质量块2位于弹片21两侧的质量不相等，检测质量块2位于弹片21一侧的质量大于检测质量块2位于弹片21另一侧的质量。在此，定义所述检测质量块2质量较大的一侧为第一质量块23，检测质量块2质量较小的一侧为第二质量块24。当所述加速度计100存在一与基板1表面垂直方向的加速度时，例如，加速度计100存在一Z轴方向的加速度，所述检测质量块2以弹片21所在直线为轴转动。由于检测质量块2以非对称的方式通过相对设置弹片21悬置在支撑基座3的表面，所以，所述检测质量块2以弹片21所在直线为轴向第一质量块23一侧倾斜旋转。
[0020] 所述基板1包括第一限位块11，用于限制所述检测质量块2可以转至的最大位置。在所述检测质量块2向所述基板1运动的情况下，当第一质量块23接近基板1至一定距离，所述第一限位块11触碰所述检测质量块2的第一质量块23，使得检测质量块2受到一个力的作用，检测质量块2停止向基板1运动并复位，从而限制所述检测质量块2在第一质量块
23侧可以转至的最大位置，防止检测质量块2触碰所述基板1。在本发明中，该力定义为检测质量块2的恢复力F。所述第一限位块11的数目不限，可以根据具体加速度计的设计需要而设置。在本具体实施方式中，所述第一限位块11为两个，对应于所述第一质量块23设置，以防止所述检测质量块2触碰到所述基板1。如图1中所示，采用虚线表示出第一限位块11。
[0021] 进一步，为了限制所述检测质量块2的第二质量块24可以转动的最大位置，确保所述检测质量块2在运动过程中不触碰所述基板1，所述基板1还包括第二限位块22，所述第二限位块22对应于检测质量块2质量较小的一侧设置，即对应于第二质量块24设置。在所述检测质量块2向所述基板1运动的情况下，当检测质量块2的第二质量块24接近基板1至一定距离，所述第二限位块22触碰所述第二质量块24，使得检测质量块2受到一个力的作用，第二质量块24停止向基板1运动并复位，从而限制所述检测质量块2在第二质量块24侧可以转至的最大位置，防止检测质量块2触碰所述基板1。所述第二限位块22的数目不限，可以根据具体加速度计的设计需要而设置。在本具体实施方式中，所述第二限位块
22为两个，并与所述第一限位块11对应设置。在本发明其他具体实施方式中，所述第一限位块11及第二限位块22均为一个，如图3所示，第一限位块11及第二限位块22分别设置在第一质量块23及第二质量块24的中间。
[0022] 检测质量块2的恢复力F与位于第一质量块23下方的第一限位块11至弹片21所在直线的距离L具有一函数关系：2
F=K/L
其中K为检测质量块2的转动
刚度，位于第一质量块23下方的第一限位块11至弹片
21所在直线的距离L标示于图1中。
[0023] 在检测质量块2不变的情况下，检测质量块2的转动刚度K不变。在转动刚度K不变的情况下，所述恢复力F与位于第一质量块23下方的第一限位块11至弹片21所在直线的距离L的平方成反比，即第一限位块11至弹片21所在直线的距离L越小，恢复力F越大。
[0024] 本发明与
现有技术相比，将第一限位块11内移，缩短位于第一质量块23下方的第一限位块11至弹片21所在直线的距离L，从而增大检测质量块2的恢复力。但是，第一限位块11内移存在两个阻碍：一、如果第一限位块11内移的距离过大，则会导致第一质量块23的边缘触碰基板1，造成检测质量块2与所述基板1的粘附；二、基板1在制造的过程中表面可能不光滑，存在小的凸起，将第一限位块11内移后，该凸起位置没有改变，可能会触碰到所述检测质量块2，造成检测质量块2与所述基板1的粘附。
[0025] 图4A所示为第一限位块11内移前的示意图，图4B所示为第一限位块11内移后的示意图。参见图4A所示，在基板1上具有一凸起12，所述凸起12可能是基板1在
制造过程中表面不光滑带来的。所述凸起12位于第一限位块11与所述支撑基座3之间，在这种情况下，第一质量块23下移会首先触碰到第一限位块11，而不会触碰到凸起12。参见图4B所示，第一限位块11内移，所述第一限位块11位于所述凸起12与所述支撑基座3之间，在这种情况下，第一质量块23下移会首先触碰凸起12，这是不希望得到的结果。
[0026] 继续参见图1及图2，对于上述问题，本发明加速度计100在基板1上对应于第一质量块23的位置设置有一凹腔13。在基板1上设置凹腔13后，在图4A及图4B中所示的凸起12位于凹腔13中，在这种情况下，检测质量块2向基板1转动，首先触碰到第一限位块11，而不会触碰到凸起12。优选地，所述凹腔13的外侧边缘突出于第一质量块23的边缘，从而，在检测质量块2向基板1转动时，第一质量块23的边缘不触碰所述基板1。
[0027] 本发明加速度计100将凹腔13与第一限位块11配合，当检测质量块2向基板1转动时，在所述检测质量块2触碰所述第一限位块11的情况下，所述检测质量块2不触碰所述基板1。本发明既能提高检测质量块2的恢复力，又能保证检测质量块2不触碰基板1，不会发生检测质量块2与所述基板1粘附的情况。
[0028] 所述加速度计100还包括至少两个电极4，所述所述两个电极4相对设置在基板1上并分别对应于所述检测质量块2质量较大的一侧和质量较小的一侧，用于与所述检测质量块形成电容，即分别于所述第一质量块23及第二质量块24形成电容。在本具体实施方式中，加速度计100包括四个电极4，所述四个电极4两两相对分别对应于所述检测质量块的第一质量块23及第二质量块24，如图1中虚线所示。当所述加速度计100存在一与基板1表面垂直方向的加速度时，所述检测质量块2以所述弹片21所在直线为轴转动，由于第一质量块23质量大于第二质量块24的质量，则第一质量块23向基板1倾斜，第二质量块24远离基板1，在这种情况下，第一质量块23、第二质量块24与电极4之间的电容发生变化，通过测量该差分电容，可以测量加速度计100在Z轴方向的加速度，从而检测安放有该加速度计100的物体在Z轴方向的加速度。
[0029] 进一步，在本发明第二具体实施方式中，为了检测X轴方向的加速度及Y轴方向的加速度，所述加速度计100还设置有梳齿状电容组。
[0030] 图5所示为本发明加速度计第二具体实施方式的俯视图。参见图5所示，所述加速度计100包括至少一个第一梳齿状电容组5，在本具体实施方式中，包括两个第一梳齿状电容组5。所述两个第一梳齿状电容组5沿与基板1表面平行的第一方向两两相对设置。在本具体实施方式中，所述第一方向为X轴方向。所述第一梳齿状电容组5包括固定设置在所述基板1上的第一感测电容板51，设置在所述检测质量块2上与所述第一感测电容板
51相应位置的第二感测电容板52，还可以包括设置在支撑基座3上与所述第一感测电容板
51相应位置的第三感测电容板53。
[0031] 当所述加速度计100存在一第一方向的加速度时，所述检测质量块2沿第一方向平移，导致第一感测电容板51与第二感测电容板52及第一感测电容板51与第三感测电容板53之间的重叠面积发生变化，从而导致第一梳齿状电容组5的电容发生变化，藉此测量加速度计100在第一方向的加速度，从而检测安放有该加速度计100的物体在第一方向的加速度。
[0032] 进一步，所述加速度计100还包括至少一个第二梳齿状电容组6，在本具体实施方式中，所述加速度计100包括两个第二梳齿状电容组6，所述两个第二梳齿状电容组6沿与基板1表面平行的第二方向两两相对设置，所述第二方向与所述第一方向垂直，在本具体实施方式中，所述第二方向为Y轴方向。所述第二梳齿状电容组6包括固定设置在所述基板1上的第一感测电容板61，设置在所述检测质量块2上与所述第一感测电容板61相应位置的第二感测电容板62。
[0033] 当所述加速度计100存在一第二方向的加速度时，所述检测质量块2沿第二方向平移，导致第一感测电容板61与第二感测电容板62之间的距离发生变化，从而导致第二梳齿状电容组6的电容发生变化，藉此测量加速度计100在第二方向的加速度，从而检测安放有该加速度计100的物体在第二方向的加速度。
[0034] 进一步，在本发明的其他实施方式中，所述加速度计100还包括绝缘层14，附图6所示为在基板1上设置绝缘层14的加速度计100的示意图。参见附图6所示，所述绝缘层14填满所述凹腔13。所述绝缘层14可以为
氧化层。由于绝缘层14填满所述凹腔13，可以使得基板1上的凸起12被
覆盖，基板1面向检测质量块2的一面光滑，当检测质量块2向基板1运动时，不会有检测质量块2触碰凸起12的情况发生。
[0035] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
