申请/专利权人：中国工程物理研究院电子工程研究所

申请日：2018-09-05

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN108761128B

主分类号：G01P15/09

分类号：G01P15/09;G01P21/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2018.11.30#实质审查的生效;2018.11.06#公开

摘要：本发明公开一种压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯及加速度计。所述加速度计表芯包括：上极板、中间极板、下极板和振动台，所述中间极板位于所述上极板和所述下极板正中间，所述中间极板通过一根悬梁连接到固定位置，所述上极板与所述中间极板构成第一电容，所述下极板与所述中间极板构成第二电容，所述第一电容与所述第二电容构成一对差分电容；所述振动台包括反馈层和振动层，所述反馈层位于所述下极板下侧，所述振动层位于所述反馈层下侧；所述反馈层表面引出反馈输出正电极和反馈输出负电极，所述振动层表面引出驱动正电极和驱动负电极。采用本发明的表芯和加速度计能够实现对振动层振动幅度的检测。

主权项：1.一种压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯，其特征在于，所述加速度计表芯包括：上极板、中间极板、下极板和振动台，所述中间极板位于所述上极板和所述下极板正中间，所述中间极板通过一根悬梁连接到固定位置，所述上极板与所述中间极板构成第一电容，所述下极板与所述中间极板构成第二电容，所述第一电容与所述第二电容构成一对差分电容；所述振动台包括反馈层和振动层，所述反馈层位于所述下极板下侧，所述振动层位于所述反馈层下侧；所述反馈层表面引出反馈输出正电极和反馈输出负电极，所述振动层表面引出驱动正电极和驱动负电极，所述驱动正电极是通过压电驱动正电极叠层引出端以叠层平面结构交叉分布在Z轴轴向连接正电极而组成；其中，以振动台轴向垂直方向定义为Z轴，与Z轴垂直的水平方向定义为X轴，与X轴及Z轴组成的平面垂直的方向定义为Y轴。

全文数据：压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯及加速度计技术领域[0001]本发明涉及多层压电陶瓷制备工艺技术领域，特别是涉及一种压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯。背景技术[0002]MEMSMicroElectro-MechanicalSystem加速度计是微小型惯性导航系统中重要的传感器之一。具有体积小、成本低、重量轻以及功耗低等特点，在现代军事装备短程制导、组合导航、姿态控制、民用汽车及消费类电子市场等方面得到了广泛应用。[0003]MEMS加速度计由于受环境温度、气压、机械耦合、残余应力释放、表芯机械热应力等因素的影响，导致其长期稳定性较差，且安装完成后，无法对加速度计的健康状态进行实时诊断。故MEMS加速度计自检测技术是提高MEMS加速度计长期稳定性的关键技术之一。[0004]目前，MEMS加速度计的自诊断检测技术主要分为两类:一是在MEMS加速度计内建自检测电路，外部输入激励信号通过自检测电路使敏感结构产生响应进而完成诊断检测；二是在MEMS加速度计内嵌微结构振动源，受外界激励信号产生振动，实现自诊断检测。[0005]苏州物联网研究发展中心于2016年3月21日向国家知识产权局，申请了一件申请号为CN105823907A，名称为“平行板电容型MEMS加速度计内建自测试电路及自测试方法”的发明专利，该发明属于第一类自诊断检测技术，其提供了一种平行板电容型MEMS加速度计内建自测试电路，以及一种自测试方法，对平行板电容加速度计提供电激励，将电容传感模块输出的信号进行放大，模数转换和数字处理，根据不同条件下的自测试供电电压以及电容传感模块的输出响应分析其灵敏度，从而实现对平行板电容型加速度计的灵敏度进行内建自测试。该发明优化了了外部环境和寄生电容对输出信号的影响，提高测试的标准化程度、降低对复杂测试仪器的依赖度，有效降低测试与产品成本。[0006]此外，2017年ADI推出了两款专用的工业状态检测用的加速度计ADL1001及ADXL1002,这两款加速度计具有完整的静电自检测和超量程指标，但其静电自检测技术需要加速度计脱离工作状态，通过在自检测管脚施加激励检测电压，将输出曲线与出厂设置曲线比对，完成自检测。[0007]上述现有技术虽然解决了对复杂测试仪器的依赖度的问题，但还存在以下问题：首先，其激励信号作用于梳齿或平行板电容结构，无法检测MEMS加速度计敏感结构的健康状态;其次，其只能对MEMS加速度计的灵敏度进行自测试，无法得到MEMS加速度计敏感结构的特征参数（品质因子及谐振频率）；最后，无法获得MEMS加速度计封装气密性健康状态检测。[0008]中国工程物理研究电子工程研究所于2016年12月29日项国家知识产权局，申请了一件申请号为CN106771366A，名称为“一种MEMS加速度计健康状态检测装置及监测方法”的发明专利，该发明属于第二类自诊断检测技术，其装置包括:微振动平台、外围平台、四个水平支撑梁、四个垂直支撑梁;微振动平台为方形，外围平台位于微振动平台的外围；四个水平支撑梁和四个垂直支撑梁位于微振动平台和外围平台之间;每个水平支撑梁的一端连接到对应的垂直支撑梁的一端，并与垂直支撑梁形成直角结构；四个直角结构沿顺时针方向依次均匀分布在微振动平台的四周;每个直角结构的水平支撑梁和垂直支撑梁分别于微振动平台的两个边缘平行;每个直角结构的水平支撑梁一段与外围平台连接，垂直支撑梁一端连接到对应的微振动平台边缘的中部。该发明的装置及方法可以实现MEMS加速度计在测量较高加速度时的健康状态监测。[0009]上述现有技术虽然具有对高加速度时健康状态的监测以及高集成度的优点，但还存在一下问题:首先，该健康状态监测装置的微振动平台和外围平台与MEMS加速度计的封装外壳相互独立，加工制造工艺具有较大难度;其次，微振动台材料与封装材料不一致，材料应力影响较大，其机械特性产生变化，导致激励输出可能产生漂移;最后，微振动台结构本身为可动件，会与MEMS加速度计敏感结构发生运动耦合，从而降低环境适应性。发明内容[0010]本发明的目的是提供一种压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯及加速度计，解决了微振动台与敏感结构间的运动耦合，加工难度大、环境适应性差、可靠性差等问题，实现了MEMS加速度计的小型化高集成度、宽频带、多参数、高速实时健康状态自诊断检测。[0011]为实现上述目的，本发明提供了如下方案：[0012]—种压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯，所述加速度计表芯包括:上极板、中间极板、下极板和振动台，所述中间极板位于所述上极板和所述下极板正中间，所述中间极板通过一根悬梁连接到固定位置，所述上极板与所述中间极板构成第一电容，所述下极板与所述中间极板构成第二电容，所述第一电容与所述第二电容构成一对差分电容;所述振动台包括反馈层和振动层，所述反馈层位于所述下极板下侧，所述振动层位于所述反馈层下侧;所述反馈层表面引出反馈输出正电极和反馈输出负电极，所述振动层表面引出驱动正电极和驱动负电极。[0013]可选的，所述反馈层和所述振动层均采用低温共烧陶瓷工艺制备。[0014]可选的，所述上极板、所述中间极板和所述下极板的长度相等。[0015]可选的，所述上极板、所述中间极板和所述下极板平行设置。[0016]可选的，所述上极板和所述中间极板正对设置，所述下极板和所述中间极板正对设置，所述上极板和所述下极板正对设置。[0017]为实现上述目的，本发明提供了如下方案：[0018]—种应用于压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯的加速度计，所述加速度计包括:表芯、电荷放大器电路、电荷运输电路、电荷积分器电路和振动台闭环驱动电路，所述表芯中间极板的输出端与所述电荷放大器电路的输入端连接，所述电荷放大器电路的输出端与所述电荷运输电路的输入端连接，所述电荷运输电路的输出端与所述电荷积分器电路的输入端连接，所述表芯、所述电荷放大器电路、所述电荷运输电路和所述电荷积分器电路构成负反馈回路;所述表芯的振动台部分与所述振动台闭环驱动电路连接。[0019]可选的，所述电荷放大器电路包括:时钟引脚、第一电荷放大器和第三电容，所述时钟包括第一时钟引脚和第二时钟引脚，所述第一电荷放大器的正极与所述第二时钟引脚连接，所述第一电荷放大器的负极与所述第一时钟引脚连接，所述电容与所述第一电荷放大器并联连接，所述第一时钟引脚与所述第一电荷放大器的输出端连接。[0020]可选的，所述电荷运输电路包括:第四电容和时钟，所述时钟包括第一时钟引脚和第二时钟引脚，所述第四电容的输入端与输出端分别与所述第一时钟引脚和所述第二时钟引脚连接。[0021]可选的，所述电荷积分器电路包括:第一电荷积分器和第五电容，所述第一时钟引脚与所述第一电荷积分器的负极连接，所述第一电荷积分器的正极接地，所述第一电荷积分器与所述第五电容并联连接。[0022]可选的，所述振动台闭环驱动电路包括:第二增益放大器、减法器、乘法器、第二电荷积分器、可变增益放大器和压控振荡器;外部参考电路的输入端分别与所述减法器的输入端和所述压控振荡器输入端连接，所述压控振荡器的输出端与所述乘法器的输入端连接，所述减法器的输出端分别与所述第二电荷积分放大器的输出端连接，所述第二电荷积分放大器的正极接地，所述第二电荷积分放大器的负极与所述振动层连接，所述第二增益放大器的输出端与所述振动层连接，所述第二增益放大器的正极与所述乘法器连接，所述第二增益放大器的负极接地。[0023]根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果:本发明提供一种压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯，在感受到加速度后，由于惯性力作用，可动极板将偏离结构几何对称位置。此时，中间中间极板到上极板距离为（do+X，到下极板距离为（d〇-X。中间极板与上极板之间的总电容为Cl，中间可动极板与下极板之间的总电容为C2。电容Cl和C2构成一对差分电容。嵌入式压电振动台的振动层感受到由驱动电极对输入得驱动电压时，由于逆压电效应，在电场作用下陶瓷晶体产生应变，从而引起加速度计的上极板、下极板、中间极板及反馈层振动。反馈层则利用压电效应，产生与陶瓷晶体所受应力成线性关系的电压信号，可实现对振动层振动幅度的检测。附图说明[0024]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0025]图1为本发明实施例压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯示意图；[0026]图2为本发明实施例压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯组成示意图；[0027]图3为本发明实施例压电振动激励自诊断MEMS加速度计内部电路连接图；[0028]图4中为发明实施例嵌入式激励源自诊断加速度计外形结构示意图；[0029]图5为本发明实施例嵌入式压电振动台电极示意图。具体实施方式[0030]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0031]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。[0032]图1为本发明实施例压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯示意图。[0033]图2为本发明实施例压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯组成示意图。[0034]一种压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯，如图1和图2所示，所述加速度计表芯包括:敏感结构（110和振动台（120，所述敏感结构（110包括上极板（111、中间极板112、下极板（113，所述中间极板（112位于所述上极板（111和所述下极板（113正中间，所述中间极板（112通过一根悬梁连接到固定位置，所述上极板（111与所述中间极112板构成第一电容，所述下极板113与所述中间极板112构成第二电容，所述第一电容与所述第二电容构成一对差分电容;所述振动台包括反馈层（121和振动层（122，所述反馈层（121位于所述下极板（113下侧，所述振动层（122位于所述反馈层（121下侧;所述反馈层（121表面引出反馈输出正电极（123和反馈输出负电极（124，所述振动层表面引出驱动正电极（125和驱动负电极（126。[0035]所述反馈层（121和所述振动层（122均采用低温共烧陶瓷工艺制备。[0036]所述上极板（111、所述中间极板（112和所述下极板（113的长度相等且平行正对设置。[0037]结构几何对称位置和上下极板（111和（113的间距相等为do。在感受到加速度后，由于惯性力作用，可动极板（112将偏离结构几何对称位置图示虚线位置）。此时，中间可动极板（112到上极板（111距离为dO+X，到下极板130距离为d〇-X。中间可动极板与上极板之间的总电容为Cl，中间可动极板与下极板之间的总电容为C2。电容Cl和C2构成一对差分电容。嵌入式压电振动台（120的振动层（122感受到由驱动电极对（125-126输入得驱动电压时，由于逆压电效应，在电场作用下陶瓷晶体产生应变，从而引起加速度计敏感结构（110及反馈层（121振动。反馈层121则利用压电效应，产生与陶瓷晶体所受应力成线性关系的电压信号，可实现对振动层122振动幅度的检测。[0038]压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯的加速度计，所述加速度计包括:表芯、电荷放大器电路、电荷运输电路、电荷积分器电路和振动台闭环驱动电路，所述表芯中间极板的输出端与所述电荷放大器电路的输入端连接，所述电荷放大器电路的输出端与所述电荷运输电路的输入端连接，所述电荷运输电路的输出端与所述电荷积分器电路的输入端连接，所述表芯、所述电荷放大器电路、所述电荷运输电路和所述电荷积分器电路构成负反馈回路;所述表芯的振动台部分与所述振动台闭环驱动电路连接。[0039]所述电荷放大器电路包括:时钟引脚、第一电荷放大器和第三电容，所述时钟包括第一时钟引脚和第二时钟引脚，所述第一电荷放大器的正极与所述第二时钟引脚连接，所述第一电荷放大器的负极与所述第一时钟引脚连接，所述电容与所述第一电荷放大器并联连接，所述第一时钟引脚与所述第一电荷放大器的输出端连接。[0040]所述电荷运输电路包括:第四电容和时钟，所述时钟包括第一时钟引脚和第二时钟引脚，所述第四电容的输入端与输出端分别与所述第一时钟引脚和所述第二时钟引脚连接。[0041]所述电荷积分器电路包括:第一电荷积分器和第五电容，所述第一时钟引脚与所述第一电荷积分器的负极连接，所述第一电荷积分器的正极接地，所述第一电荷积分器与所述第五电容并联连接。[0042]所述振动台闭环驱动电路包括:第二增益放大器、减法器、乘法器、第二电荷积分器、可变增益放大器和压控振荡器;外部参考电路的输入端分别与所述减法器的输入端和所述压控振荡器输入端连接，所述压控振荡器的输出端与所述乘法器的输入端连接，所述减法器的输出端分别与所述第二电荷积分放大器的输出端连接，所述第二电荷积分放大器的正极接地，所述第二电荷积分放大器的负极与所述振动层连接，所述第二增益放大器的输出端与所述振动层连接，所述第二增益放大器的正极与所述乘法器连接，所述第二增益放大器的负极接地。[0043]图3为本发明实施例压电振动激励自诊断MEMS加速度计内部电路连接图。嵌入式激励源自诊断加速度计检测电路（200是一个典型的电荷自平衡开关电容式开环检测电路，整个电路由Φ1和Φ2两个时钟相构成。[0044]敏感结构（110等效电路环节410，其中（111、（112和（113分别为图1中的上极板、中间可动极板、下极板，Cl和C2为微加速度计敏感结构中的差分电容对。在Φ1时钟相，上极板111接到正电源VS，下极板113接到负电源-VS，中间可动极板112接到运算[0045]放大器A2输出VM，正负电源对差分电容对C1和C2充电。在Φ2时钟相，上、下极板111和（113接到运算放大器A2输出VM，中间可动极板112接到运算放大器Al反相端。此时，由于运算放大器Al虚短，反相端与同相端电压相等，也为VM即差分电容对上极板111、中间可动极板112、下极板113电极电压相等，差分电容对Cl和C2充上的电荷转移。[0046]电荷放大器420，收集敏感结构差分电容对Cl和C2转移的电荷。在Φ1时钟相，反馈电容C3被开关短接复位。在Φ2时钟相，运算放大器Al反相端与敏感结构中间可动极板112相连。此时差分电容对Cl和C2上的电荷开始转移放电，反馈电容C3收集转移的电荷。[0047]电荷输运环节430，由一个电容C4和四个开关构成。在Φ1时钟相C4两端分别连接到地和运算放大器A2反向端。由虚短可知运算放大器A2反向端为地电平，即电容C4两端电压相等，此时电容C4放电。在Φ2时钟相，电容C4分别接到运算放大器Al输出和算放大器A2输出VM。运算放大器Al由于C4上收集有电荷从而产生输出电压Vo,对电容C4预充电。电容C4两个电极板需要与开关准确配合，使得电荷积分器运算放大器A2输出反馈网络450为负反馈。[0048]电荷积分器440，Φ1时钟相反向输入端接电容C4,收集其释放的电荷并对其积分。Φ1时钟相反向输入端与C4断开，运算放大器A2输出保持。[0049]负反馈回路450，将运算放大器A2输出反馈至电容C4以及运算放大器Al和敏感结构上极板（111、中间可动极板（112、下极板（113。由于电荷积分器440作用，构成深度负反馈，实现电荷自平衡即在Φ1时钟相电源电压VS、-VS和运算放大器A2输出VM的作用下，差分电容对Cl和C2充电总量为0。[0050]此时，有公式⑴成立，即[0051]ClVM-VS+C2VM+VS=01[0052]由公式⑴可得加速度计2⑽输出VM如式⑵所示。[0053][0054]即加速度计检测的量为C1-C2AC1+C2[0055]如图1所示，理想情况下，由平行板电容公式，Cl和C2的大小分别如式（3和4所不。[0058]其中A和ε分别为极板面积和介电常数。将式3和⑷带入式2并整理可得如下输入输出关系：[0060]即输出电压与中间极板位移X成正比，而中间极板位移又与惯性力（加速度成正比，因此电荷自平衡加速度计输出电压VM与加速度成线性关系。[0061]嵌入式压电振动台闭环驱动电路460，将外部供给的参考电压Vref—路控制压控振荡器Osc产生频率为fS的电压信号；另一路通过减法器与嵌入式压电振动台（120的反馈输出电极对（123-124输出的反馈电压相减，该差值电压信号进入可变增益放大器VGA，两路信号经乘法器M相乘后进入增益放大器A3放大得到频率为fs，幅度为Vd的嵌入式压电振动台（120驱动电压信号VD，该信号输入至嵌入式压电振动台（120的驱动电极对（125-126驱动多层压电陶瓷振动层（122产生振动。多层压电陶瓷振动层（122产生的振动使一方面使反馈层（121产生形变进而产生反馈检测电压信号通过反馈检测电极对（123-124输入至电荷积分放大器A4,得到反馈电压信号Vfb，形成嵌入式压电振动台（120的闭环驱动环路；另一方面，多层压电陶瓷振动层（122产生的振动使加速度计敏感结构（100受到惯性力作用，通过检测电路200，即可检测得到与加速度成线性关系的输出电压信号。可通过程序控制参考电压Vref的按固定步长变化并检测输出电压信号，即可建立检测输出电压与驱动电压频率fs之间的关系，其检测输出电压极大值点对应的驱动电压频率fs即为加速度计的固有频率。对加速度计而言，通过测量敏感结构（100固有频率，利用力学方程，得到刚度k和阻尼系数，将作为系统方程的参数，得到检测输出以及刻度因子S。[0062]同理，根据特征量（品质因子Q值及固有频率f与气压之间的映射关系，测试量为品质因子Q和谐振频率，利用阻尼特性，阻尼系数c，根据流体力学，得到粘滞系数。与环境压强、温度相关，由此可以判断气压变化，从而实现气密特性的诊断。[0063]图4中为发明实施例嵌入式激励源自诊断加速度计外形结构示意图；[0064]310为本专利的嵌入式激励源自诊断加速度计封帽；[0065]320为本专利的陶瓷封装外壳；[0066]330为本专利的嵌入式激励源自诊断加速度计敏感芯片；[0067]340为本专利的嵌入式激励源自诊断加速度计的接口处理芯片；[0068]350为本专利的嵌入式压电振动台；[0069]351为本专利的嵌入式压电振动台驱动正电极；[0070]352为本专利的嵌入式压电振动台驱动负电极；[0071]351a、（351b、（351c、···（351j为驱动正电极叠层引出端；[0072]352a、（352b、（352c、···（352j为驱动负电极阵列分层引出端。[0073]图5为本发明实施例嵌入式压电振动台电极示意图。[0074]该嵌入式激励源自诊断加速度计采用了全固态低温共烧陶瓷（LTCC，LowTemperatureCo-firedCeramic基板及嵌入式压电振动台、敏感芯片以及接口处理芯片一体化系统封装SIP，Systeminapackage的方法，封装的流程如图4所示；[0075]第一步:利用黏结剂将划片好的微加速度计敏感芯片（330精确固定在低温共烧陶瓷封装外壳320基底的嵌入式压电振动台（350上。[0076]第二步:利用金属引线将微加速度计接口处理芯片（340上的电极引到嵌入式振动台（350的表面驱动电极对上351、352。[0077]第三步:在完成封装内的电连接之后，采用封帽310将封装外壳密封起来。[0078]本专利的嵌入式压电振动台电极结构如图4所示。[0079]定义以嵌入式压电振动台轴向垂直方向定义为Z轴，与Z轴垂直的水平方向定义为X轴，与X轴及Z轴组成的平面垂直的方向定义为Y轴。[0080]驱动正电极351是通过压电驱动正电极叠层引出端351a、（351b、（351c、…351j以叠层平面结构交叉分布在Z轴轴向连接正电极而组成。[0081]驱动负电极352是通过压电驱动负电极阵列分层引出端以金属通孔阵列结构交叉分布且沿Z轴轴向连接形成的。[0082]嵌入式压电振动台的制造方法，其步骤如下：[0083]步骤A:将PZT、PMnN和PMgN压电陶瓷材料按照重量比例0.92:0.05:0.03混合研磨及烘干造粒，植被得到PZT-PMnN-PMgN压电陶瓷材料粉料；[0084]步骤B:在步骤A中制备得到的PZT-PMnN-PMgN压电陶瓷材料粉料中添加:85%的溶剂，1.5%-2%的分散剂，3的粘合剂，以及增塑剂，增塑剂与粘合剂的重量比为0.4:1;并通过流延工艺制备陶瓷膜片，陶瓷膜片的厚度为0.05-0.Imm;[0085]步骤C:采用银钯电极材料，其中金属银与钯的重量比为7:3,制备银钯电极浆料，在银钯电极浆料中添加0.3%-0.5%的步骤A中制备的PZT-PMnN-PMgN压电陶瓷材料粉料，，通过搅拌均匀得到电极材料；[0086]步骤D:采用打孔机为步骤B中制备得到的陶瓷膜片打孔，通过印刷机在陶瓷膜片上印刷步骤C中制备得到的电极材料，然后经过叠片、等静压、排胶、烧结、被银封端和回流焊接工艺制作完成压电振动台。[0087]所述步骤D中烧结工艺中烧结温度最高不超过920°C。[0088]步骤E:极化工艺阶段采用油浴极化法通过极化夹具将电极组同时引出，极化电场为3Kvmm-6Kvmm，极化温度为100°C-150°C，极化时间为20min-50min。[0089]所述溶剂是有二甲苯和正丁醇混合而成的混合物，其混合比例为7:3。[0090]所述粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛。[0091]所述增塑剂为领苯二甲酸二丁酯。[0092]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。[0093]本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

权利要求：1.一种压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯，其特征在于，所述加速度计表芯包括：上极板、中间极板、下极板和振动台，所述中间极板位于所述上极板和所述下极板正中间，所述中间极板通过一根悬梁连接到固定位置，所述上极板与所述中间极板构成第一电容，所述下极板与所述中间极板构成第二电容，所述第一电容与所述第二电容构成一对差分电容;所述振动台包括反馈层和振动层，所述反馈层位于所述下极板下侧，所述振动层位于所述反馈层下侧;所述反馈层表面引出反馈输出正电极和反馈输出负电极，所述振动层表面引出驱动正电极和驱动负电极。2.根据权利要求1所述的压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯，其特征在于，所述反馈层和所述振动层均采用低温共烧陶瓷工艺制备。3.根据权利要求1所述的压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯，其特征在于，所述上极板、所述中间极板和所述下极板的长度相等。4.根据权利要求1所述的压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯，其特征在于，所述上极板、所述中间极板和所述下极板平行设置。5.根据权利要求1所述的压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯，其特征在于，所述上极板和所述中间极板正对设置，所述下极板和所述中间极板正对设置，所述上极板和所述下极板正对设置。6.—种应用于权利要求1-5任意一项所述的压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯的加速度计，其特征在于，所述加速度计包括:表芯、电荷放大器电路、电荷运输电路、电荷积分器电路和振动台闭环驱动电路，所述表芯中间极板的输出端与所述电荷放大器电路的输入端连接，所述电荷放大器电路的输出端与所述电荷运输电路的输入端连接，所述电荷运输电路的输出端与所述电荷积分器电路的输入端连接，所述表芯、所述电荷放大器电路、所述电荷运输电路和所述电荷积分器电路构成负反馈回路;所述表芯的振动台部分与所述振动台闭环驱动电路连接。7.根据权利要求6所述的压电振动激励自诊断MEMS加速度计，其特征在于，所述电荷放大器电路包括:时钟引脚、第一电荷放大器和第三电容，所述时钟包括第一时钟引脚和第二时钟引脚，所述第一电荷放大器的正极与所述第二时钟引脚连接，所述第一电荷放大器的负极与所述第一时钟引脚连接，所述电容与所述第一电荷放大器并联连接，所述第一时钟引脚与所述第一电荷放大器的输出端连接。8.根据权利要求6所述的压电振动激励自诊断MEMS加速度计，其特征在于，所述电荷运输电路包括:第四电容和时钟，所述时钟包括第一时钟引脚和第二时钟引脚，所述第四电容的输入端与输出端分别与所述第一时钟引脚和所述第二时钟引脚连接。9.根据权利要求6所述的压电振动激励自诊断MEMS加速度计，其特征在于，所述电荷积分器电路包括:第一电荷积分器和第五电容，所述第一时钟引脚与所述第一电荷积分器的负极连接，所述第一电荷积分器的正极接地，所述第一电荷积分器与所述第五电容并联连接。10.根据权利要求6所述的压电振动激励自诊断MEMS加速度计，其特征在于，所述振动台闭环驱动电路包括:第二增益放大器、减法器、乘法器、第二电荷积分器、可变增益放大器和压控振荡器;外部参考电路的输入端分别与所述减法器的输入端和所述压控振荡器输入端连接，所述压控振荡器的输出端与所述乘法器的输入端连接，所述减法器的输出端分别与所述第二电荷积分放大器的输出端连接，所述第二电荷积分放大器的正极接地，所述第二电荷积分放大器的负极与所述振动层连接，所述第二增益放大器的输出端与所述振动层连接，所述第二增益放大器的正极与所述乘法器连接，所述第二增益放大器的负极接地。

百度查询： 中国工程物理研究院电子工程研究所 压电振动激励自诊断MEMS加速度计表芯及加速度计

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD