專利名稱：硅微機(jī)械傾角傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及自動(dòng)化機(jī)器人控制的傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種用于姿態(tài)監(jiān)測(cè)和控制的硅微機(jī)械傾角傳感器。
背景技術(shù)：
傾角傳感器是一種用于姿態(tài)監(jiān)測(cè)和控制的傳感器，在衛(wèi)星、導(dǎo)彈、坦克、火炮、飛機(jī)、汽車、艦船、地質(zhì)石油勘探、建筑施工、機(jī)器人的陸地和水下作業(yè)等各種軍事及民用領(lǐng)域有極為廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的傾角傳感器尺寸較大，不適用于對(duì)體積和重量有一定限制的領(lǐng)域，目前國內(nèi)外已經(jīng)研制出一種熱對(duì)流式硅傾角傳感器，但這種傳感器功耗較大，抗側(cè)向耦合干擾能力弱，響應(yīng)較慢。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是研制出一種新的、抗側(cè)向耦合干擾能力強(qiáng)、靈敏度高的微機(jī)械硅傾角傳感器。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種硅微機(jī)械傾角傳感器，其特征在于傳感器包括硅質(zhì)量塊(1)A、硅質(zhì)量塊(1)B、具有一級(jí)臺(tái)階的玻璃襯底(2)、電極(3)、壓敏電阻(4)A、壓敏電阻(4)B、硅應(yīng)變梁(5)，其結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)大小不同的硅質(zhì)量塊(1)A、硅質(zhì)量塊(1)B和連接它們的兩個(gè)相互平行的硅應(yīng)變梁(5)和下面的具有一級(jí)臺(tái)階的玻璃襯底(2)構(gòu)成。
其中傳感器上面的硅質(zhì)量塊(1)A、硅質(zhì)量塊(1)B表面均有電極(3)，兩個(gè)走向相互垂直的壓敏電阻(4)A、壓敏電阻(4)B安裝在硅應(yīng)變梁(5)的兩端且四個(gè)壓敏電阻交叉對(duì)稱，傳感器下面的具有一級(jí)臺(tái)階的玻璃襯底(2)可選任一個(gè)硅質(zhì)量塊(1)A、硅質(zhì)量塊(1)B作為固定質(zhì)量塊與其固定封接在一起。
當(dāng)選左質(zhì)量塊(1)A作為自由端時(shí)，右邊的硅質(zhì)量塊(1)B作為固定質(zhì)量塊與玻璃襯底(2)的上級(jí)臺(tái)階固定封接，反之當(dāng)選右質(zhì)量塊(1)B作為自由端時(shí)，左邊的硅質(zhì)量塊(1)A作為固定質(zhì)量塊與玻璃襯底(2)的上級(jí)臺(tái)階固定封接。
由于硅質(zhì)量塊(1)A、硅質(zhì)量塊(1)B表面均有電極(3)，因此壓敏電阻(4)A、壓敏電阻(4)B的信號(hào)可以從選作固定封接硅質(zhì)量塊的一端上輸出。
所述的硅質(zhì)量塊(1)A、硅質(zhì)量塊(1)B是兩個(gè)平面尺寸不等、厚度相同、具有不同質(zhì)量的硅質(zhì)量塊，硅質(zhì)量塊(1)A、硅質(zhì)量塊(1)B的厚度為300～500微米。
所述的兩個(gè)硅應(yīng)變梁(5)的厚度均為5～30微米，它們之間相距400微米～3毫米，其平面尺寸完全相同，相互平行且完全對(duì)稱。
所述的具有一級(jí)臺(tái)階的玻璃襯底(2)選用與硅的熱膨脹系數(shù)較為接近的硼硅玻璃。
本實(shí)用新型的有益效果是該傳感器是一種具有雙應(yīng)變梁的微機(jī)械傾角傳感器，能夠顯著提高抗側(cè)向沖擊能力并減輕側(cè)向耦合的干擾。硅應(yīng)變梁兩端的質(zhì)量塊采用不對(duì)稱設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同需要選擇其中一個(gè)質(zhì)量塊作為自由端，另一個(gè)硅質(zhì)量塊與玻璃襯底封接在一起。不同硅應(yīng)變梁對(duì)應(yīng)位置上的兩個(gè)壓敏電阻相互垂直，分別沿著硅晶體的兩個(gè)不同晶向，可構(gòu)成差動(dòng)輸出以提高靈敏度。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是硅微機(jī)械傾角傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
圖中1.(1A、1B)硅質(zhì)量塊，2.具有一級(jí)臺(tái)階的玻璃襯底，3.電極，4.(4A、4B)壓敏電阻，5.硅應(yīng)變梁。
具體實(shí)施方式
硅微機(jī)械傾角傳感器由兩個(gè)不同大小的硅質(zhì)量塊1A、硅質(zhì)量塊1B和連接它們的兩個(gè)相互平行的硅應(yīng)變梁5構(gòu)成，硅質(zhì)量塊1A、硅質(zhì)量塊1B表面均有電極3。
兩個(gè)走向相互垂直的壓敏電阻4A、壓敏電阻4B，安裝在硅應(yīng)變梁5的兩端，壓敏電阻4A、壓敏電阻4B的信號(hào)可以從任一端的硅質(zhì)量塊上輸出，安裝在兩個(gè)硅應(yīng)變梁5上的四個(gè)壓敏電阻4A、壓敏電阻4B交叉對(duì)稱。
傳感器上面的硅質(zhì)量塊1A、硅質(zhì)量塊1B其中任一個(gè)可與下面的玻璃襯底2的上級(jí)臺(tái)階封接在一起，玻璃襯底2選用與硅的熱膨脹系數(shù)較為接近的硼硅玻璃。
當(dāng)左質(zhì)量塊1A作為自由端時(shí)，右邊的硅質(zhì)量塊1B與玻璃襯底2的上級(jí)臺(tái)階封接，反之當(dāng)右質(zhì)量塊1B作為自由端時(shí)，左邊的硅質(zhì)量塊1A與玻璃襯底2的上級(jí)臺(tái)階封接。即當(dāng)一端的硅質(zhì)量塊懸空時(shí)，硅應(yīng)變梁5處于應(yīng)變狀態(tài)，其應(yīng)變大小及其分布隨著傾角的不同而相應(yīng)改變。
兩個(gè)硅應(yīng)變梁5的厚度均為5～30微米，其平面尺寸完全相同，它們之間相距400微米～3毫米，相互平行且完全對(duì)稱，均沿著硅晶體的方向。
硅質(zhì)量塊1A、硅質(zhì)量塊1B是兩個(gè)平面尺寸不等、厚度相同、具有不同質(zhì)量的硅質(zhì)量塊，硅質(zhì)量塊1A、硅質(zhì)量塊1B的厚度為300～500微米。
權(quán)利要求1.一種硅微機(jī)械傾角傳感器，其特征在于傳感器包括硅質(zhì)量塊(1)A、硅質(zhì)量塊(1)B、具有一級(jí)臺(tái)階的玻璃襯底(2)、電極(3)、壓敏電阻(4)A、壓敏電阻(4)B、硅應(yīng)變梁(5)，其結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)大小不同的硅質(zhì)量塊(1)A、硅質(zhì)量塊(1)B和連接它們的兩個(gè)相互平行的硅應(yīng)變梁(5)和下面的具有一級(jí)臺(tái)階的玻璃襯底(2)構(gòu)成；其中傳感器上面的硅質(zhì)量塊(1)A、硅質(zhì)量塊(1)B表面均有電極(3)，兩個(gè)走向相互垂直的壓敏電阻(4)A、壓敏電阻(4)B，安裝在硅應(yīng)變梁(5)的兩端且四個(gè)壓敏電阻交叉對(duì)稱，傳感器下面的玻璃襯底(2)的上級(jí)臺(tái)階可選任一個(gè)硅質(zhì)量塊(1)A、硅質(zhì)量塊(1)B作為固定質(zhì)量塊與其固定封接在一起當(dāng)選左質(zhì)量塊(1)A作為自由端時(shí)，右邊的硅質(zhì)量塊(1)B作為固定質(zhì)量塊與玻璃襯底(2)的上級(jí)臺(tái)階固定封接，反之當(dāng)選右質(zhì)量塊(1)B作為自由端時(shí)，左邊的硅質(zhì)量塊(1)A作為固定質(zhì)量塊與玻璃襯底(2)的上級(jí)臺(tái)階固定封接；由于硅質(zhì)量塊(1)A、硅質(zhì)量塊(1)B表面均有電極(3)，因此壓敏電阻(4)A、壓敏電阻(4)B的信號(hào)可以從選作固定封接硅質(zhì)量塊的一端上輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅微機(jī)械傾角傳感器，其特征是所述的硅質(zhì)量塊(1)A、硅質(zhì)量塊(1)B是兩個(gè)平面尺寸不等、厚度相同、具有不同質(zhì)量的硅質(zhì)量塊，硅質(zhì)量塊(1)A、硅質(zhì)量塊(1)B的厚度為300～500微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅微機(jī)械傾角傳感器，其特征是所述的兩個(gè)硅應(yīng)變梁(5)的厚度均為5～30微米，它們之間相距400微米～3毫米，其平面尺寸完全相同，相互平行且完全對(duì)稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅微機(jī)械傾角傳感器，其特征是所述的玻璃襯底(2)選用與硅的熱膨脹系數(shù)較為接近的硼硅玻璃。
專利摘要一種用于姿態(tài)監(jiān)測(cè)和控制的硅微機(jī)械傾角傳感器，其結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)大小不同的硅質(zhì)量塊1A、硅質(zhì)量塊1B和連接它們的兩個(gè)相互平行的硅應(yīng)變梁5和下面的具有一級(jí)臺(tái)階的玻璃襯底2構(gòu)成。傳感器上面的硅質(zhì)量塊1A、硅質(zhì)量塊1B表面均有電極3，壓敏電阻4A、壓敏電阻4B，安裝在硅應(yīng)變梁5的兩端且四個(gè)壓敏電阻交叉對(duì)稱。硅應(yīng)變梁兩端的質(zhì)量塊采用不對(duì)稱設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同需要選擇其中一個(gè)質(zhì)量塊作為自由端，另一個(gè)為固定質(zhì)量塊與玻璃襯底2的上級(jí)臺(tái)階封接在一起。不同硅應(yīng)變梁5對(duì)應(yīng)位置上的兩個(gè)壓敏電阻相互垂直，分別沿著硅晶體的兩個(gè)不同晶向，可構(gòu)成差動(dòng)輸出以提高靈敏度。該傳感器能夠顯著提高抗側(cè)向沖擊能力并減輕側(cè)向耦合的干擾。
文檔編號(hào)G01D5/12GK2630796SQ0325942
公開日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2003年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月6日
發(fā)明者孔德義, 梅濤, 張濤, 倪林, 孫斐, 陶永春 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所