1.一种基于四自由度弱耦合谐振器的三轴加速度计,其特征在于,包括上、下双层结构,其中上层为以硅为材料构建的微机械敏感元件,下层为由二氧化硅材料加工的玻璃基座,所述玻璃基座用于提供机械支撑和电学隔离功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于四自由度弱耦合谐振器的三轴加速度计,其特征在于,所述微机械敏感元件包括第一受力承载基体(1)、第二受力承载基体(2)、占位基体(3)、第一谐振器(4‑1)、第二谐振器(4‑2)、第三谐振器(4‑3)、第四谐振器(4‑4)、Y轴力放大杠杆(5‑1)、X轴力放大杠杆(5‑2)、第一Z轴抑制结构(6‑1)、第二Z轴抑制结构(6‑2)、第三Z轴抑制结构(6‑3)、第四Z轴抑制结构(6‑4)、第一限制运动结构(7‑1)、第二限制运动结构(7‑2)、第三限制运动结构(7‑3)、第四限制运动结构(7‑4)、第一耦合直角连接结构(8‑1)、第二耦合直角连接结构(8‑2)、第三耦合直角连接结构(8‑3)和第四耦合直角连接结构(8‑4);
其中所述第一谐振器(4‑1)安装于第一受力承载基体(1)的上侧,第二谐振器(4‑2)设置于第一受力承载基体(1)的右侧,第一谐振器(4‑1)和第二谐振器(4‑2)相互之间呈90°夹角设置;
所述第三谐振器(4‑3)位于第一受力承载基体(1)下方,与第一谐振器(4‑1)形成180°分布关系;
所述第四谐振器(4‑4)设置于第一受力承载基体(1)上部,与第二谐振器(4‑2)形成
180°夹角设置。
3.根据权利要求2所述的一种基于四自由度弱耦合谐振器的三轴加速度计,其特征在于,所述第一谐振器(4‑1)、第二谐振器(4‑2)、第三谐振器(4‑3),第四谐振器(4‑4)的一端通过公共锚点(2‑5)实现刚性连接,第一谐振器(4‑1)另一端与Y轴力放大杠杆(5‑1)连接,第二谐振器(4‑2)另一端与X轴力放大杠杆(5‑2)连接,第三谐振器(4‑3)另一端与第三谐振器锚点(4‑3‑8)连接,第四谐振器(4‑4)与第四谐振器锚点(4‑4‑14)。
4.根据权利要求3所述的一种基于四自由度弱耦合谐振器的三轴加速度计,其特征在于,所述Y轴力放大杠杆(5‑1)位于第一受力承载基体(1)上侧,所述X轴力放大杠杆(5‑2)位于第一受力承载基体(1)右侧。
5.根据权利要求4所述的一种基于四自由度弱耦合谐振器的三轴加速度计,其特征在于,所述第一Z轴抑制结构(6‑1)、第二Z轴抑制结构(6‑2)、第三Z轴抑制结构(6‑3)、第四Z轴抑制结构(6‑4)分别对称设置在第一受力承载基体(1)的左上、右上、右下、左下侧;
所述第一限制运动结构(7‑1)、第二限制运动结构(7‑2)、第三限制运动结构(7‑3)、第四限制运动结构(7‑4)分别位于第二受力承载基体(2)的左上、右上、右下、左下侧。
6.根据权利要求5所述的一种基于四自由度弱耦合谐振器的三轴加速度计,其特征在于,所述Y轴力放大杠杆(5‑1)上设有第一Y轴力输出直梁(5‑1‑2)和第一Y轴力输入直梁(5‑
1‑4);
所述X轴力放大杠杆(5‑2)上设有第一X轴力输出直梁(5‑2‑2)和第一X轴力输入直梁(5‑2‑4);
所述第一谐振器(4‑1)与第一Y轴力输出直梁(5‑1‑2)相连接,所述第二谐振器(4‑2)与第一X轴力输出直梁(5‑2‑2)相连接;
所述第一Y轴力输入直梁(5‑1‑4)和第一X轴力输入直梁(5‑2‑4)分别与第一受力承载基体(1)左上侧和右下侧区域实现连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于四自由度弱耦合谐振器的三轴加速度计,其特征在于,所述第一Z轴抑制结构(6‑1)上设置有第一折叠梁(6‑1‑2)、第二折叠梁(6‑1‑3);
所述第二Z轴抑制结构(6‑2)上设置有第三折叠梁(6‑2‑2)、第四折叠梁(6‑2‑3);
所述第三Z轴抑制结构(6‑3)上设置有第五折叠梁(6‑3‑2)、第六折叠梁(6‑3‑3);
所述第四Z轴抑制结构(6‑4)上设置有第七折叠梁(6‑4‑2)、第八折叠梁(6‑4‑3);
所述第一折叠梁(6‑1‑2)、第二折叠梁(6‑1‑3)、第三折叠梁(6‑2‑2)、第四折叠梁(6‑2‑
3)、第五折叠梁(6‑3‑2)、第六折叠梁(6‑3‑3)、第七折叠梁(6‑4‑2)和第八折叠梁(6‑4‑3)均与第一受力承载基体(1)相连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于四自由度弱耦合谐振器的三轴加速度计,其特征在于,所述第一限制运动结构(7‑1)上设置有第一钩形折叠梁(7‑1‑2),第二限制运动结构(7‑
2)上设置有第二钩形折叠梁(7‑2‑2),第三限制运动结构(7‑3)上设置有第三钩形折叠梁(7‑3‑2),第四限制运动结构(7‑4)上设置有第四钩形折叠梁(7‑4‑2);
所述第一钩形折叠梁(7‑1‑2)、第二钩形折叠梁(7‑2‑2)、第三钩形折叠梁(7‑3‑2)和第四钩形折叠梁(7‑4‑2)均与第二受力承载基体(2)相连接。
9.根据权利要求8所述的一种基于四自由度弱耦合谐振器的三轴加速度计,其特征在于,所述第一谐振器(4‑1)包括第一单端固定谐振梁(4‑1‑1);所述第二谐振器(4‑2)包括第二单端固定谐振梁(4‑2‑1);所述第三谐振器(4‑3)包括第三双端固定谐振梁(4‑3‑1);
所述第一耦合直角连接结构(8‑1)一端与第一单端固定谐振梁(4‑1‑1)相连,另一端与第四双端固定谐振梁(4‑4‑1)相连接;
所述第二耦合直角连接结构(8‑2)用于连接第一单端固定谐振梁(4‑1‑1)和第二单端固定谐振梁(4‑2‑1);
所述第三耦合直角连接结构(8‑3)分别连接第二单端固定谐振梁(4‑2‑1)与第三双端固定谐振梁(4‑3‑1);
所述第四耦合直角连接结构(8‑4)分别连接第三双端固定谐振梁(4‑3‑1)与第四双端固定谐振梁(4‑4‑1)。
10.根据权利要求9所述的一种基于四自由度弱耦合谐振器的三轴加速度计,其特征在于,所述第一谐振器(4‑1)与第二谐振器(4‑2)的结构相同,所述第一谐振器(4‑1)包括第一单端固定谐振梁(4‑1‑1),第一驱动信号施加结构(4‑1‑2)、第二驱动信号施加结构(4‑1‑
3)、第三驱动信号施加结构(4‑1‑4)、第四驱动信号施加结构(4‑1‑5),第一信号检测结构(4‑1‑6)和第二信号检测结构(4‑1‑7);
所述第一驱动信号施加结构(4‑1‑2)、第二驱动信号施加结构(4‑1‑3)、第三驱动信号施加结构(4‑1‑4)、第四驱动信号施加结构(4‑1‑5)对称设置在第一单端固定谐振梁(4‑1‑
1)的梳齿内侧,采用与梳齿对插的方式构成驱动电容极板组;
所述第一信号检测结构(4‑1‑6)和第二信号检测结构(4‑1‑7)对称分布在第一单端固定谐振梁(4‑1‑1)的梳齿外侧,与第一单端固定谐振梁(4‑1‑1)的梳齿以对插方式形成检测电容极板组;
所述第三谐振器(4‑3)包括第三谐振器锚点(4‑3‑8),第三双端固定谐振梁(4‑3‑1),第九驱动信号施加结构(4‑3‑2)、第十驱动信号施加结构(4‑3‑3)、第十一驱动信号施加结构(4‑3‑4)、第十二驱动信号施加结构(4‑3‑5)、第五信号检测结构(4‑3‑6)、第六信号检测结构(4‑3‑7);
所述第九驱动信号施加结构(4‑3‑2)、第十驱动信号施加结构(4‑3‑3)、第十一驱动信号施加结构(4‑3‑4)、第十二驱动信号施加结构(4‑3‑5)对称设置在第三双端固定谐振梁(4‑3‑1)的梳齿内侧,采用与梳齿对插的方式构成驱动电容极板组;
所述第五信号检测结构(4‑3‑6)、第六信号检测结构(4‑3‑7)对称分布在第三双端固定谐振梁(4‑3‑1)的梳齿外侧,第三双端固定谐振梁(4‑3‑1)的梳齿以对插方式形成检测电容极板组;
所述第四谐振器(4‑4)包括第四谐振器锚点(4‑4‑14)、第四双端固定谐振梁(4‑4‑1)、第十三驱动信号施加结构(4‑4‑2)、第十四驱动信号施加结构(4‑4‑3)、第十五驱动信号施加结构(4‑4‑4)、第十六驱动信号施加结构(4‑4‑5)、第七信号检测结构(4‑4‑6)、第八信号检测结构(4‑4‑7)、第九信号检测结构(4‑4‑8)、第十信号检测结构(4‑4‑9)、第一电容板(4‑
4‑10)、第二电容板(4‑4‑11)、第三电容板(4‑4‑12)和第四电容板(4‑4‑13);
所述第十三驱动信号施加结构(4‑4‑2)、第十四驱动信号施加结构(4‑4‑3)、第十五驱动信号施加结构(4‑4‑4)、第十六驱动信号施加结构(4‑4‑5)对称设置在第四双端固定谐振梁(4‑4‑1)的梳齿内侧,采用与梳齿对插的方式构成驱动电容极板组;
所述第七信号检测结构(4‑4‑6)、第八信号检测结构(4‑4‑7)、第九信号检测结构(4‑4‑
8)、第十信号检测结构(4‑4‑9)对称分布在第四双端固定谐振梁(4‑4‑1)的梳齿外侧,与第四双端固定谐振梁(4‑4‑1)的梳齿以对插方式形成检测电容极板组;
第四谐振器(4‑4)两侧对称分布有两组电容板,其中一组包括第一电容板(4‑4‑10)和第三电容板(4‑4‑12),另一组包括第二电容板(4‑4‑11)和第四电容板(4‑4‑13),两组电容板均与第二受力承载基体(2)连接;
所述Y轴力放大杠杆(5‑1)与X轴力放大杠杆(5‑2)的结构相同;所述Y轴力放大杠杆(5‑
1)包括第一支撑锚点(5‑1‑1)、第一Y轴力输出直梁(5‑1‑2)、第一杠杆(5‑1‑3)和第一Y轴力输入直梁(5‑1‑4);
所述第一支撑锚点(5‑1‑1)用于提供固定支撑,并与第一杠杆(5‑1‑3)在结构上直接连接,构成杠杆支点;
所述第一Y轴力输出直梁(5‑1‑2)设置在第一杠杆(5‑1‑3)靠近第一支撑锚点(5‑1‑1)的一侧;
所述第一Y轴力输入直梁(5‑1‑4)设置于第一杠杆(5‑1‑3)远离第一支撑锚点(5‑1‑1)的一端;
所述第一X轴力输出直梁(5‑2‑2)设置在第二杠杆(5‑2‑3)靠近第二支撑锚点(5‑2‑1)的一侧;
所述第一X轴力输入直梁(5‑2‑4)设置于第二杠杆(5‑2‑3)远离第二支撑锚点(5‑2‑1)的一端;
所述第一Z轴抑制结构(6‑1)、第二Z轴抑制结构(6‑2)、第三Z轴抑制结构(6‑3)、第四Z轴抑制结构(6‑4)结构相同;
所述第一限制运动结构(7‑1)、第二限制运动结构(7‑2)、第三限制运动结构(7‑3)、第四限制运动结构(7‑4)结构相同;
所述第一Z轴抑制结构(6‑1)包括第一固定锚点(6‑1‑1)、第一折叠梁(6‑1‑2)和第二折叠梁(6‑1‑3);其中所述第一固定锚点(6‑1‑1)同一平面内呈90°分别与第一折叠梁(6‑1‑2)和第二折叠梁(6‑1‑3)相连接;
所述第一限制运动结构(7‑1)包括第一限制固定锚点(7‑1‑1)和第一钩形折叠梁(7‑1‑
2)。