专利名称：电容式微流体角加速度计的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及的是一种微机电系统技术领域的装置，具体是一种电容式微流体角加速度计。
背景技术：
加速度计通常用来测量位移对时间的二阶导数。角加速度计测量角位移对时间的二阶导数，它可用在汽车安全控制系统、硬盘防冲击振动等领域中。当载体在某个方向上有一个角加速度输入时，角加速度计通过检测电路，可以输出与输入角加速度成比例的电信号(如电压)。例如，感应到的角加速度信号可以用来判断汽车是否将要倾翻，从而及时采取相应措施。角加速度计还可以用来控制磁盘的读写头，使磁盘控制系统能够弥补由于剧烈冲击或振动引起的角加速度，使磁盘能够稳定且恒速转动。角加速度计还可以用于测试台的防震控制、机器人手臂的动力学控制等领域。
经对现有技术的文献检索发现，美国专利U.S.Pat.No.5,251,484旋转加速度计(“Rotational Accelerometer”)中提出了一种角加速度计。该加速度计中央部分有固定在基体上的环形轴心，与环形轴心相连的是径向布置的悬臂辐条电极，载体存在角加速度时，辐条电极会发生柔性变形。分布于外缘的辐条电极和固定参考电极形成差分平行板电容信号提取方案，辐条动极板偏离中心位置的时候就会差分输出电压。这种角加速度计的传感能力受柔性辐条电极位移量限制。带有可旋转的悬臂结构通常需要高的结构匹配，以确保可预计的增益、相位和线性相应。线性灵敏度和交叉轴灵敏度(增益)高度依赖于结构的匹配性。另外分立的电容极板引线会增加结构的复杂性和制作费用。
检索中还发现，美国专利，U.S.Pat.No.6,257,062角加速度计(“AngularAccelerometer”)，在该专利提到的一种角加速度计中，旋转惯性质量和基体通过一系列的支撑梁形成联接，惯性质量悬挂在腔室的上方。这种角加速度计能得到较前一种更高的精度。然而，这种角加速度计要求有极高的结构对称性，这对微细加工方法提出了更高的要求。
发明内容
本发明针对上述角加速度计的不足，提出了一种电容式微流体角加速度计。本发明，结构简单，适合MEMS加工工艺制作，流体几乎被密封在一个腔体空间内；由于是通过几乎密封的流体惯性力工作，因此有很宽的频率响应带宽；电容检测装置对工作环境温度敏感性不强，工作温度范围大。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述的电容式微流体角加速度计包括上壳体、流体腔室、差分电容动极板、差分电容定极板和下壳体，其中流体腔室由下列结构组成腔室内环壁、腔室外环壁、挡板，腔室外环壁由刚性腔室外环壁和柔性腔室外环壁共同围成，外侧和柔性腔室外环壁相连接的是差分电容动极板，处于下壳体外缘的是差分电容定极板。
在下壳体上分布有差分电容动极板、腔室内环壁、腔室外环壁、П形定极板、L形定极板、挡板、刚性腔室外壁、柔性腔室外壁、动极板连接臂、П形动极板、П形动极板。腔室内环壁和下壳体形成固定联接，腔室外环壁由刚性腔室外壁和柔性腔室外壁共同围成，刚性腔室外壁比柔性腔室外壁的宽度要大得多。当有角加速度输入时，刚性挡板会带动柔性腔室外壁变形。柔性腔室外壁通过动极板连接臂带动П形动极板运动。由L形定极板、П形定极板和П形动极板叉指形成的差分电容能检测П形动极板的转动。差分电容定极板通过其下表面和下壳体形成固定联接。
本发明工作时，流体腔室内由大密度液体充满。当与整个结构相连的载体存在垂直方向上的角加速度时，由于流体惯性力的作用，挡板会发生小位移偏移，柔性腔室外环壁随之发生变形，从而与柔性腔室外环壁刚性连接的差分电容动极板发生角位移。通过检测差分电容的数值变化，可以测量出载体发生的角加速度。
通过上述可知，本发明中的流体几乎被密封在腔室中，不会发生很大的位移。同时，由于差分电容极板质量很小，它们的质量惯性作用可以忽略。因此，本发明工作在准静态状况下，具有很宽的相应频率。差指式差分电容检测机构能够检测出电容动极板的极微小角位移量，因此本发明能得到较高的测量精度。本发明提出的电容式角加速度计能提高传统角加速度计的测量精度、提高频率响应范围以及适用环境温度范围，提高角加速度计的性能，进而推广角加速度计的应用范围。
图1为本发明总体结构示意图；图2是本发明去上壳体后结构的三维视图；图3是本发明去上壳体后结构的俯视图；图4是图3中A-A视角的局部视图；图5是上壳体的侧视图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明包括上壳体1、流体腔室2、差分电容动极板3、差分电容定极板4、下壳体5。上壳体1和下壳体5采用粘结材料固定联接在一起，其中流体腔室2由腔室内环壁6、腔室外环壁7以及挡板10围成，差分电容动极板3通过腔室外环壁7联结在下壳体5上，差分电容定极板4和下壳体5固定联接在一起，在流体腔室2内充满有高密度的流体。
如图2、图3所示，在下壳体5上分布有差分电容动极板3、腔室内环壁6、腔室外环壁7、П形定极板8、L形定极板9、挡板10、刚性腔室外壁11、柔性腔室外壁12、动极板连接臂13、П形动极板14、П形动极板15。腔室内环壁6和下壳体5形成固定联接，腔室外环壁7由刚性腔室外壁11和柔性腔室外壁12共同围成，刚性腔室外壁11比柔性腔室外壁12的宽度要大三到五倍。当有角加速度输入时，刚性挡板10会带动柔性腔室外壁12变形。柔性腔室外壁12通过动极板连接臂13带动П形动极板14运动。由L形定极板9、П形定极板8和П形动极板叉指15形成的差分电容能检测П形动极板14的转动。差分电容定极板4通过其下表面和下壳体5形成固定联接。
如图4所示，挡板10和柔性腔室外壁12为固定联接，挡板10和上腔体1、下腔体5以及腔室内环壁6都有一定的间隙。整个差分电容动极板3通过动极板连接臂13和柔性腔室外壁12形成固定联接。差分电容动极板3和上壳体1、下壳体5、差分电容定极板4之间存在一定的间隙，以保证它们的可动性。所有П形动极板叉指15都通过П形动极板根部16相互联接。
当在本发明微角加速度计轴线方向上有角加速度输入时，流体腔室2内充满的流体会推动挡板10倾斜，从而带动与柔性腔室外壁12相联的差分电容动极板3运动，通过检测电路测量差分电容的变化值，得出输入角加速度数值。
如图5所示，上壳体1内存在腔室17，腔室17的高度正好和差分电容定极板4、腔室内环壁6、腔室外环壁7的高度相同，从而保证封闭的流体腔室空间。
整个器件的尺寸为几毫米到几厘米之间变化，本发明的结构及工作原理也适用于宏观大型结构。差分电容动极板3、差分电容定极板4、腔室内环壁6、腔室外环壁7、挡板10都是高深宽比结构，其中挡板10、差分电容动极板3与下壳体5存在一定的间隙，差分电容定极板4、腔室内环壁6、腔室外环壁7与下壳体5为固定联接。这些结构采用相同的金属材料制作而成，如，铜、镍等。采用标准LIGA/准LIGA工艺来制作和下极板固连的结构，采用SLIGA或称为牺牲层LIGA工艺制作高深宽比的可动结构。
上壳体1和下壳体5的材料为晶体硅或玻璃，上壳体1的内腔室17采用精密机械加工技术制作，也可以采用湿法腐蚀方法加工。
上壳体1和下壳体5采用粘结剂进行键合，也可以采用阳极键合形成固定联接。在键合之前，流体腔室2内需要充满大密度液体，以作为惯性质量。
采用现有技术中较为成熟的差分电容读取电路获得差分电容的数值及其变化量，将电容信号转换成电压信号。
权利要求
1.一种电容式微流体角加速度计，包括上壳体(1)、流体腔室(2)、差分电容动极板(3)、差分电容定极板(4)、下壳体(5)，其特征在于流体腔室(2)由腔室内环壁(6)、腔室外环壁(7)以及挡板(10)围成，上壳体(1)和下壳体(5)采用粘结材料固定联接在一起，差分电容动极板(3)通过腔室外环壁(7)联结在下壳体(5)上，差分电容定极板(4)和下壳体(5)固定联接在一起，在流体腔室(2)内充满有高密度的流体。
2.根据权利要求1所述的电容式微流体角加速度计，其特征是，在下壳体(5)上分布有差分电容动极板(3)、腔室内环壁(6)、腔室外环壁(7)、∏形定极板(8)、L形定极板(9)、挡板(10)、刚性腔室外壁(11)、柔性腔室外壁(12)、动极板连接臂(13)、∏形动极板(14)、∏形动极板(15)，腔室内环壁(6)和下壳体(5)形成固定联接，腔室外环壁(7)由刚性腔室外壁(11)和柔性腔室外壁(12)共同围成，刚性腔室外壁(11)比柔性腔室外壁(12)的宽度要大三到五倍。
3.根据权利要求2所述的电容式微流体角加速度计，其特征是，挡板(10)和柔性腔室外壁(12)为固定联接，挡板(10)和上腔体(1)、下腔体(5)以及腔室内环壁(6)都有间隙。
4.根据权利要求2所述的电容式微流体角加速度计，其特征是，所有∏形动极板叉指(15)都通过∏形动极板根部(16)相互联接。
5.根据权利要求1或者2所述的电容式微流体角加速度计，其特征是，整个差分电容动极板(3)通过动极板连接臂(13)和柔性腔室外壁(12)形成固定联接。
6.根据权利要求1或者2所述的电容式微流体角加速度计，其特征是，差分电容动极板(3)和上壳体(1)、下壳体(5)、差分电容定极板(4)之间存在间隙。
7.根据权利要求2或者3所述的电容式微流体角加速度计，其特征是，当有角加速度输入时，刚性挡板(10)会带动柔性腔室外壁(12)变形，柔性腔室外壁(12)通过动极板连接臂(13)带动∏形动极板(14)运动，由L形定极板(9)、∏形定极板(8)和∏形动极板叉指(15)形成的差分电容能检测∏形动极板(14)的转动，差分电容定极板(4)通过其下表面和下壳体(5)形成固定联接。
8.根据权利要求1所述的电容式微流体角加速度计，其特征是，上壳体(1)内存在腔室(17)，腔室(17)的高度正好和差分电容定极板(4)、腔室内环壁(6)、腔室外环壁(7)的高度相同，从而保证封闭的流体腔室空间。
全文摘要
一种电容式角加速度计，属于微机电系统技术领域。本发明包括上壳体、流体腔室、差分电容动极板、差分电容定极板、下壳体。在流体腔室内充满有大密度液体。当在垂直方向上存在角加速度计时，挡板在密封液体惯性力的作用下产生倾斜，从而通过柔性腔室外壁带动差分电容动极板运动。控制电路检测差分电容的变化量，进而推出外界输入的角加速度数值。整个装置可以采用LIGA/准LIGA工艺及键合工艺进行制作。本发明提出的电容式角加速度计工作在准静态下，有很宽的检测频率范围，还具有很高的测量精度。
文档编号G01P15/125GK1818666SQ20061002450
公开日2006年8月16日 申请日期2006年3月9日 优先权日2006年3月9日
发明者吴校生, 陈文元, 赵小林, 张卫平 申请人:上海交通大学