專利名稱：加速度計(jì)應(yīng)變消除結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及懸掛裝置和方法，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于安裝力/位移傳感器的結(jié)構(gòu)，借此外部應(yīng)力源與有源傳感器部件隔離。
背景技術(shù)：
加速度計(jì)通常通過(guò)被直接安裝于加速主體的表面上而測(cè)量施加于主體上的加速力。一種普通類型的加速度計(jì)使用一個(gè)或多個(gè)用于測(cè)量加速的力對(duì)位移或“力/位移”傳感器。使用兩個(gè)力/位移傳感器而不是使用必需的最低一個(gè)傳感器的加速度計(jì)獲得了顯著優(yōu)點(diǎn)。如果這兩個(gè)傳感器以推挽式模式工作的話，那么諸如熱驅(qū)動(dòng)效應(yīng)或漂移等許多誤差源都可作為普通模式被抑制，同時(shí)差信號(hào)表示期望的加速度測(cè)量。偶而，使用兩個(gè)力/位移傳感器的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)完全分離的檢測(cè)質(zhì)量塊，這基本形成兩個(gè)加速度計(jì)，每個(gè)加速度計(jì)都具有其自己的傳感器，但是沿相反的方向操作。然而，由于多種原因，雙檢測(cè)質(zhì)量塊方案不是優(yōu)選的。相反，在一個(gè)加速度計(jì)中只具有一個(gè)檢測(cè)質(zhì)量塊通常是有利的。
在圖1A和1B中示出了現(xiàn)有技術(shù)的顯微機(jī)械加工的雙傳感器/單檢測(cè)質(zhì)量塊加速度計(jì)的典型示例，通常稱其為矩形設(shè)計(jì)。圖1A和1B中所示的加速度計(jì)10是通過(guò)傳統(tǒng)顯微機(jī)械加工技術(shù)用半導(dǎo)體材料的襯底12制成的微型結(jié)構(gòu)。襯底12是由單晶硅材料以基本為平面的結(jié)構(gòu)形成的，即，具有基本平坦和平行的相對(duì)偏移的上下表面。如美國(guó)專利5,948,981中所示出和描述的，硅襯底12通常包括通過(guò)絕緣層18或施加于活性層14上的絕緣層與下面襯底16電絕緣的上部硅或活性層14，所述美國(guó)專利5,948,981是1999年9月7日所申請(qǐng)的授權(quán)給本申請(qǐng)受讓人的題為“振桿式加速度計(jì)”的專利，在這里合并參考其全部?jī)?nèi)容。絕緣層18可為例如約0.1到10微米的氧化物(諸如氧化硅)薄層。硅襯底12通常是通過(guò)氧化活性層14和下面襯底16構(gòu)造成的，并將這兩層粘附在一起?？扇コ钚詫?4的一部分以使得活性層14具有期望的厚度。氧化硅層18在較寬的溫度范圍內(nèi)保持其絕緣特性，從而確保在大約100攝氏度的高操作溫度下的有效的機(jī)械諧振器性能。另外，在制造過(guò)程中絕緣層18抑制了活性層14的不合需要的蝕刻。
顯微機(jī)械加工加速度計(jì)10包括加速度傳感器機(jī)構(gòu)20，所述加速度傳感器機(jī)構(gòu)20具有一個(gè)或多個(gè)彎曲部分22，所述彎曲部分22以可彎曲的方式將檢測(cè)質(zhì)量塊24從內(nèi)部傳感器框架或板26中懸掛下來(lái)以使得檢測(cè)質(zhì)量塊24可沿垂直于檢測(cè)質(zhì)量塊24的輸入軸線I移動(dòng)。彎曲部分22在靠近于下面襯底16或在下面襯底16的中心處(即，基本居于下面襯底16的相對(duì)的上下表面之間的中心)最好被蝕刻。任選地，可通過(guò)在適合的蝕刻劑(諸如氫氧化鉀(KOH))中各向異性地蝕刻而形成彎曲部分22。彎曲部分22限定了鉸鏈軸H，檢測(cè)質(zhì)量塊24隨著外加力(諸如加速主體的加速度)關(guān)于鉸鏈軸H移動(dòng)，所述加速主體例如為加速度計(jì)10安裝于其上的交通工具、飛行器或其他移動(dòng)主體等。傳感器機(jī)構(gòu)20包括連接于檢測(cè)質(zhì)量塊24和傳感器框架26之間用于測(cè)量施加于檢測(cè)質(zhì)量塊24上的力的一對(duì)力/位移傳感器28。力/位移傳感器28為例如由活性硅層14形成的作為雙端音叉(DETF)力傳感器的機(jī)械諧振器。
圖1C中所示并且上述合并的美國(guó)專利5,948,981中所描述的一種已知振蕩器電路在機(jī)械諧振器28的諧振頻率下驅(qū)動(dòng)機(jī)械諧振器28。圖1C示出了其中傳感器28的振梁作為諧振器的典型振蕩電路50。轉(zhuǎn)移阻抗放大器52將從振梁中接收到的傳感電流轉(zhuǎn)換為電壓。所述電壓由減少噪音的帶通濾波器54過(guò)濾，并且電壓振幅由限幅器56控制。所得到的信號(hào)與來(lái)自于求和點(diǎn)60中的DC源58的輸出或DC偏壓相結(jié)合。DC偏壓在力/位移傳感器28的電極和梁之間產(chǎn)生力。來(lái)自于限幅器56的信號(hào)調(diào)制所述力，使得傳感器28的梁在其諧振頻率下橫向振動(dòng)。該橫向梁移動(dòng)又產(chǎn)生傳感電流。輸出緩沖器62使得振蕩器與連接于振蕩電路50輸出端64的外部電路絕緣。這增進(jìn)了振蕩電路50維持力/位移傳感器28的梁的振蕩。
隨著外加力，檢測(cè)質(zhì)量塊24繞著鉸鏈軸H旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致(壓縮的或張拉的)軸向力被施加到機(jī)械諧振器28。軸向力改變機(jī)械諧振器28的振動(dòng)頻率，并且所述改變的量級(jí)起到外加力或加速度的測(cè)量的作用。換句話說(shuō)，力/位移傳感器28作為檢測(cè)質(zhì)量塊24位移的函數(shù)測(cè)量施加的加速度力。
在敏感加速度傳感器機(jī)構(gòu)20中，例如通過(guò)加速度計(jì)傳感器框架26與硅蓋板30的機(jī)械連接可引起不合需要的外應(yīng)力和應(yīng)變，所述硅蓋板30通常又與陶瓷或金屬安裝板32相連接。傳感器框架26中出現(xiàn)的任何應(yīng)變都不僅僅被傳輸?shù)綑z測(cè)質(zhì)量塊24，而且還通過(guò)檢測(cè)質(zhì)量塊24被傳輸?shù)诫pDETF諧振器28。由于該系統(tǒng)中唯一較具有應(yīng)變性能的是傳感DETF諧振器28本身，幾乎全部應(yīng)變都表現(xiàn)為來(lái)自于DETF諧振器28的誤差輸出。因此，在DETF諧振器28中從與所測(cè)量的加速度無(wú)關(guān)的輸入中產(chǎn)生了不合需要的誤差。由于通過(guò)DETF諧振器28的應(yīng)變性能必須較低以便于以足夠的精確度檢測(cè)加速度以用于實(shí)用系統(tǒng)中，因此這些誤差可能較大。
因此顯微機(jī)械加工加速度計(jì)中的應(yīng)變絕緣是良好性能(即，精確度)的重要價(jià)值。應(yīng)變絕緣將機(jī)構(gòu)與制造和裝配期間所引起的機(jī)械應(yīng)力相分離，從而減少加速度計(jì)機(jī)構(gòu)的雙振動(dòng)梁力傳感部分的梁之中的諧振中的變化。應(yīng)變絕緣還將機(jī)構(gòu)與操作環(huán)境中的震動(dòng)、振動(dòng)以及溫度變化引起的外部應(yīng)力相分離。
已知有許多方法用于將敏感加速度傳感器機(jī)構(gòu)20與所述不合需要的應(yīng)力和應(yīng)變相隔離。典型地，提供了懸臂類型的隔離結(jié)構(gòu)，其中用彎曲部分36將傳感器框架26從第二外部框架部分34中懸掛下來(lái)，所述彎曲部分36是由通過(guò)襯底12折疊狹縫38和40而形成的。因此如文中所結(jié)合參考的美國(guó)專利5,948,981中所示出和描述的，傳感器框架26能夠相對(duì)于外部框架34移動(dòng)。所述隔離使得傳感器框架26的扭曲變形最小化，從而降低機(jī)械諧振器28上的外部應(yīng)力和應(yīng)變的影響。
圖1B是沿諧振器28通過(guò)顯微機(jī)械加工加速度計(jì)10所截的橫截面圖。如上所述以及如圖1B中所示的，根據(jù)牛頓定律的原理F＝ma，當(dāng)受到沿輸入軸線I的加速度時(shí)檢測(cè)質(zhì)量塊24能夠繞著彎曲部分22自由旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)被如所示的位于機(jī)構(gòu)表面上的示為DETF諧振器的雙力/位移傳感器28的作用抑制。由于當(dāng)使得檢測(cè)質(zhì)量塊24相對(duì)于傳感器機(jī)構(gòu)20的平面移動(dòng)時(shí)，一個(gè)DETF諧振器28處于壓縮之下而另一個(gè)處于張拉之下，因此這些雙振動(dòng)梁力傳感器28提供了推挽式可變頻率輸出信號(hào)。兩個(gè)頻率之間的差異表示所測(cè)量的加速度。另一方面，由諸如溫度、機(jī)械應(yīng)力或偏移等不期望的原因引起的共模頻率偏移作為誤差被抑制了。因此圖1A和1B顯示了現(xiàn)有技術(shù)提供的懸臂類型的隔離結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)已有效地使用了懸臂類型的應(yīng)變隔離結(jié)構(gòu)，新應(yīng)用不斷減少加速度計(jì)可使用的空間。新約束條件被置于加速度計(jì)中用于應(yīng)變隔離結(jié)構(gòu)的可用空間之上。這些新空間限制不允許現(xiàn)有技術(shù)懸臂類型的隔離。因此加速度計(jì)設(shè)計(jì)者受到在最小空間中提供充分應(yīng)變隔離的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)在提供在模上的(on-die)應(yīng)變隔離方面的尺寸限制，所述尺寸限制是將加速度計(jì)機(jī)構(gòu)與外部誘發(fā)應(yīng)力和合成應(yīng)變相隔離的臨界值，所述合成應(yīng)變包括在制造和裝配、蓋板連接、頂蓋安裝的期間以及操作期間的環(huán)境條件誘發(fā)的應(yīng)變。本發(fā)明的H形梁應(yīng)變隔離結(jié)構(gòu)使得模外部誘發(fā)的應(yīng)變沖擊最小化。H形梁應(yīng)變隔離結(jié)構(gòu)還提供了對(duì)稱的應(yīng)變隔離系統(tǒng)，這減少了諸如偏心所導(dǎo)致的非線性效應(yīng)。H形梁應(yīng)變隔離結(jié)構(gòu)還使得應(yīng)變所導(dǎo)致的排列旋轉(zhuǎn)誤差最小化。
依照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種懸掛結(jié)構(gòu)，所述懸掛結(jié)構(gòu)具有第一細(xì)長(zhǎng)彎曲部分和第二細(xì)長(zhǎng)彎曲部分，第一細(xì)長(zhǎng)彎曲部分具有被構(gòu)造成用于與支撐結(jié)構(gòu)相連接的第一和第二端，第二細(xì)長(zhǎng)彎曲部分具有被構(gòu)造成用于與隔離于支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相連接的第一和第二端。位于其第一和第二端中間的第二彎曲部分的一部分與位于其第一和第二端中間的第一彎曲部分的一部分互相連接。
依照本發(fā)明的另一個(gè)方面，懸掛結(jié)構(gòu)的第一和第二彎曲部分以間隔并通過(guò)連接于第一彎曲部分的中間部分與第二彎曲部分的中間部分之間的相互連接結(jié)構(gòu)相互連接。
依照本發(fā)明的另一個(gè)方面，懸掛結(jié)構(gòu)的每個(gè)第一和第二彎曲部分都被形成于具有平行的相對(duì)偏移的上下表面的襯底中，第一和第二彎曲部分被穿過(guò)上下表面之間的襯底所形成的多個(gè)狹縫限定。
依照本發(fā)明的另一個(gè)方面，在無(wú)約束的條件下，懸掛結(jié)構(gòu)的每個(gè)第一和第二彎曲部分在其相應(yīng)的第一和第二端之間基本上是直的。在無(wú)約束的條件下，懸掛結(jié)構(gòu)的第一和第二彎曲部分可以間隔并且基本上相互平行，并且具有連接于它們之間的相互連接結(jié)構(gòu)。
依照本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明的懸掛結(jié)構(gòu)還可包括被懸掛的結(jié)構(gòu)和至少部分地圍繞所述被懸掛的結(jié)構(gòu)并與之相隔的支撐結(jié)構(gòu)。第一彎曲部分的第一和第二端與支撐結(jié)構(gòu)相連接，第二彎曲部分的第一和第二端與被懸掛的結(jié)構(gòu)相連接，所述被懸掛的結(jié)構(gòu)可為加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)。
依照本發(fā)明的其他方面，提供了用于懸掛和隔離加速度設(shè)備的方法。


結(jié)合附圖參照下面的詳細(xì)描述，可更容易明白同時(shí)更好地理解本發(fā)明的前述方面和許多附帶優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1A是通常被稱為矩形設(shè)計(jì)的典型現(xiàn)有技術(shù)雙傳感器/單檢測(cè)質(zhì)量塊加速度計(jì)的平面圖；圖1B是圖1中所示的加速度計(jì)的橫截面圖；圖1C是用于在其諧振頻率下驅(qū)動(dòng)雙傳感器/單檢測(cè)質(zhì)量塊加速度計(jì)的機(jī)械諧振器的已知振蕩器電路的視圖；圖2是代表本發(fā)明H形梁隔離結(jié)構(gòu)的加速度計(jì)機(jī)構(gòu)模的平面圖，所述H形梁隔離結(jié)構(gòu)使得施加于加速度計(jì)機(jī)構(gòu)模的端部扭矩最小化和局部化；圖3示出了體現(xiàn)為H形梁隔離結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的懸掛機(jī)構(gòu)，并且還示出了其操作；以及圖4示出了體現(xiàn)為X形梁隔離結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的懸掛機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
本發(fā)明涉及用于懸掛加速度傳感器的設(shè)備和方法，所述懸掛設(shè)備包括第一細(xì)長(zhǎng)彎曲部分，所述第一細(xì)長(zhǎng)彎曲部分具有被構(gòu)造成用于與支撐結(jié)構(gòu)相連接的第一和第二端；以及第二細(xì)長(zhǎng)彎曲部分，所述第二細(xì)長(zhǎng)彎曲部分具有被構(gòu)造成用于與隔離于支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相連接的第一和第二端，位于其第一和第二端中間的第二彎曲部分的一部分與位于其第一和第二端中間的第一彎曲部分的一部分互相連接。
圖2示出了本發(fā)明懸掛結(jié)構(gòu)和方法的一個(gè)實(shí)施例，所述實(shí)施例提供了用于使得施加于加速度計(jì)機(jī)構(gòu)模的端部扭矩最小化和局部化的隔離結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)懸掛加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)，同時(shí)將其與外部誘發(fā)應(yīng)變相隔離。外部框架中的應(yīng)變通過(guò)隔離結(jié)構(gòu)被傳輸為均等并且相對(duì)的力矩。因此，通過(guò)隔離結(jié)構(gòu)施加于加速度計(jì)機(jī)構(gòu)模的端部扭矩沿反方向操作。因此圖2中所示的H形梁隔離結(jié)構(gòu)的幾何形狀確保了只有一種合成的張拉或壓縮載荷被施加于加速度計(jì)機(jī)構(gòu)上。現(xiàn)有技術(shù)的懸臂類型隔離結(jié)構(gòu)的一個(gè)缺點(diǎn)在于，懸臂類型隔離結(jié)構(gòu)具有橫軸效應(yīng)或雙梁懸掛隔離結(jié)構(gòu)，這趨向于“測(cè)定出水層位”或平面的模板留孔。是通過(guò)確保只有一種合成的張拉或壓縮載荷被施加于加速度計(jì)機(jī)構(gòu)上的本發(fā)明的H形梁隔離結(jié)構(gòu)的幾何形狀特征消除所述平面的模板留孔趨向的。因此本發(fā)明的H形梁隔離結(jié)構(gòu)的幾何形狀提供了超越于現(xiàn)有技術(shù)的懸臂類型隔離結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。
在圖2中，本發(fā)明的顯微機(jī)械加工加速度計(jì)100包括與文中合并參考的文獻(xiàn)中所描述的加速度傳感器機(jī)構(gòu)基本相同的加速度傳感器機(jī)構(gòu)102。所述加速度傳感器機(jī)構(gòu)102包括，例如一個(gè)或多個(gè)彎曲部分104，所述彎曲部分104以可彎曲的方式將檢測(cè)質(zhì)量塊106從內(nèi)部傳感器框架或板108中懸掛下來(lái)以使得檢測(cè)質(zhì)量塊106沿垂直于檢測(cè)質(zhì)量塊106的輸入軸線I移動(dòng)。圖2中所示的示范性檢測(cè)質(zhì)量塊106是題為“Compensation of Second-Order Non-Linearity in SensorsEmploying Double-Ended Tuning Forks”的美國(guó)專利6,282,959中所描述的類型的檢測(cè)質(zhì)量塊，在這里合并參考所述專利全文，并且所述專利已授權(quán)給本申請(qǐng)的受讓人。因此圖2中所示的檢測(cè)質(zhì)量塊106包括，例如布置于彎曲部分104相對(duì)側(cè)部上的第一板部分106a和第二末端部分106b。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，本發(fā)明的懸掛/隔離機(jī)構(gòu)幾何形狀是與其他加速度計(jì)設(shè)計(jì)一樣可行的，所述其他加速度計(jì)設(shè)計(jì)包括(但不局限于)美國(guó)專利6,282,959中所描述的那些其他加速度計(jì)設(shè)計(jì)。
彎曲部分104最好在基本處于下面襯底110的相對(duì)上下表面之間的中心的位置處被蝕刻，所述下面襯底110是依照現(xiàn)有技術(shù)形成的具有基本平坦和平行的相對(duì)偏移的上下表面并包括上部硅或活性層的襯底，絕緣層使得所述活性層與下面襯底電絕緣。任選地，通過(guò)在適合的蝕刻劑(諸如氫氧化鉀(KOH))中各向異性地蝕刻而形成彎曲部分104。彎曲部分104限定了鉸鏈軸H，檢測(cè)質(zhì)量塊106隨著外加力(諸如加速主體的加速度)關(guān)于鉸鏈軸H移動(dòng)，所述加速主體例如為加速度計(jì)100安裝于其上的交通工具、飛行器或其他移動(dòng)主體等。傳感器機(jī)構(gòu)102包括連接于檢測(cè)質(zhì)量塊106和傳感器框架108之間用于測(cè)量施加于檢測(cè)質(zhì)量塊106上的力的一對(duì)力/位移傳感器112。力/位移傳感器112為例如文中合并參考的現(xiàn)有技術(shù)中描述的由活性硅層14形成的作為雙端音叉(DETF)力傳感器28的機(jī)械諧振器，或另一種適合的力/位移傳感器。
振蕩器電路例如圖1C中所示并且上述合并的美國(guó)專利5,948,981中所描述的振蕩器電路50被連接，以便于在機(jī)械諧振器112的諧振頻率下驅(qū)動(dòng)機(jī)械諧振器112。如文中所述的，力/位移傳感器112在推挽模式下工作，以便于作為隨著沿輸入軸線I所施加的力的檢測(cè)質(zhì)量塊106位移的函數(shù)測(cè)量所施加的加速度力。
穿過(guò)襯底110形成有多個(gè)分離狹縫114和116，所述分離狹縫114和116幾乎將內(nèi)部傳感器框架108與第二外部框架部分118相分離。狹縫114、116是沿內(nèi)部傳感器框架108的圓周形成的，并且共存于相互連接于內(nèi)部與外部傳感器框架108和118之間的本發(fā)明的多個(gè)懸掛機(jī)構(gòu)120a、b、c和d之中。本發(fā)明的多個(gè)懸掛機(jī)構(gòu)120a、b、c和d是內(nèi)部與外部傳感器框架108和118之間的唯一的機(jī)械相互連接部分。因此多個(gè)懸掛機(jī)構(gòu)120a、b、c和d圍繞傳感器機(jī)構(gòu)102的內(nèi)部傳感器框架108并使得內(nèi)部傳感器框架108從外部框架118中懸掛下來(lái)，所述懸掛機(jī)構(gòu)120a、b、c和d同時(shí)使得傳感器機(jī)構(gòu)102與外部框架118中的應(yīng)變相隔離。
圖3示出了體現(xiàn)為一個(gè)H形梁隔離結(jié)構(gòu)120a的本發(fā)明的懸掛機(jī)構(gòu)。其他的H形梁隔離結(jié)構(gòu)120b、c和d也具有相同的機(jī)構(gòu)。在圖2中，H形梁隔離幾何形狀120a是通過(guò)一對(duì)內(nèi)部和外部狹縫122和124形成的，所述狹縫122和124是通過(guò)襯底110并在內(nèi)部與外部傳感器框架108和118之間折疊一部分狹縫114和116而形成的。
H形梁隔離彎曲部分120a的內(nèi)部和外部狹縫122和124被形成于分離狹縫114和116的相對(duì)端部上。換句話說(shuō)，內(nèi)部狹縫122是穿過(guò)內(nèi)部傳感器框架108形成的，而外部狹縫124是穿過(guò)外部框架118形成的。在狹縫122和124的末端處可形成有鍵孔128以提供應(yīng)力消除。內(nèi)部狹縫122和外部狹縫124為例如布置得略微遠(yuǎn)離分離狹縫114和116并且基本上與之平行的又長(zhǎng)又窄的狹縫。在內(nèi)部狹縫122與分離狹縫114和116的部分重疊處形成有細(xì)長(zhǎng)內(nèi)部彎曲部分130，并且在外部狹縫124與分離狹縫114和116的部分重疊處形成有細(xì)長(zhǎng)外部彎曲部分132。當(dāng)內(nèi)部和外部狹縫122和124相互對(duì)齊并且具有基本相同的長(zhǎng)度時(shí)，內(nèi)部和外部彎曲部分130、132也相互對(duì)齊并且在長(zhǎng)度上基本相同。
H形梁隔離結(jié)構(gòu)120a包括垂直于傳感器襯底110的表面形成并通過(guò)內(nèi)部和外部彎曲部分130、132相互連接于內(nèi)部與外部傳感器框架108和118之間的窄梁126。梁126以這種方式位于兩個(gè)彎曲部分130、132的中心上，即，使得梁126在位于相應(yīng)內(nèi)部和外部狹縫122和124的鍵孔部分128處的其相應(yīng)端點(diǎn)之間以位于中間的方式互連于每個(gè)內(nèi)部和外部彎曲部分130、132。由于內(nèi)部和外部狹縫122和124以及由內(nèi)部和外部狹縫122和124重疊的分離狹縫114和116的部分都基本是直的并且相互平行，因此內(nèi)部和外部彎曲部分130、132可基本為直的。在內(nèi)部和外部彎曲部分130、132基本為直的情況中，中間內(nèi)連梁126以H形結(jié)構(gòu)連接兩對(duì)彎曲部分130、132。
如上所述，H形梁隔離結(jié)構(gòu)120a、b、c和d是由具有被構(gòu)造成用于與外部框架結(jié)構(gòu)118相連接的第一和第二端的外部細(xì)長(zhǎng)彎曲部分132和具有被構(gòu)造成用于與內(nèi)部傳感器框架結(jié)構(gòu)108相連接的第一和第二端的內(nèi)部細(xì)長(zhǎng)彎曲部分130形成的，所述內(nèi)部傳感器框架結(jié)構(gòu)108將與外部框架結(jié)構(gòu)118相隔離。其第一和第二端中間的內(nèi)部彎曲部分130的一部分通過(guò)梁126與其第一和第二端中間的外部彎曲部分132的一部分相互連接。
然而，也可將H形梁隔離結(jié)構(gòu)120a、b、c和d描述為由彼此間隔的一對(duì)內(nèi)部彎曲部分130a、130b和一對(duì)外部彎曲部分132a、132b形成的，其中每個(gè)彎曲部分130a、130b和外部彎曲部分132a、132b的近端都通過(guò)梁126相互連接。內(nèi)部彎曲部分130a、130b的端部遠(yuǎn)離與內(nèi)部傳感器框架結(jié)構(gòu)108相互連接的互連梁126，外部彎曲部分132a、132b的端部遠(yuǎn)離與外部框架結(jié)構(gòu)118相互連接的互連梁126。
H形梁彎曲部分130、132的彎曲量被確定為H形梁狹縫122、124的長(zhǎng)度連同連接它們的梁126的寬度以及從分離狹縫114和116的側(cè)面復(fù)位的函數(shù)。因此可與從分離狹縫114和116的側(cè)面凹部(set-back)相結(jié)合選擇內(nèi)部和外部H形梁狹縫122、124的長(zhǎng)度和互連梁126的寬度，從而為加速度計(jì)機(jī)構(gòu)100提供預(yù)定動(dòng)態(tài)特性。H形梁彎曲部分130、132延伸襯底110的整個(gè)厚度，因此它們沿加速度計(jì)裝置100的輸入軸線I非常硬，同時(shí)它們的相對(duì)薄度使得它們?cè)谝r底110的平面中較柔順。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白的是，越長(zhǎng)、越薄的彎曲部分130、132將會(huì)越柔順，從而導(dǎo)致越低的系統(tǒng)頻率，而越短、越厚的彎曲部分130、132將會(huì)越硬，從而形成具有更高頻率諧振的系統(tǒng)。實(shí)際上，內(nèi)部和外部彎曲部分130、132長(zhǎng)度和寬度可與加速度計(jì)機(jī)構(gòu)100的其他特征結(jié)合選擇，例如，使用有限元計(jì)算機(jī)程序以獲得與專門(mén)應(yīng)用相近的系統(tǒng)特征。
H形梁隔離結(jié)構(gòu)120在內(nèi)部和外部框架108、118之間的傳感器機(jī)構(gòu)120周圍重復(fù)。例如，H形梁隔離結(jié)構(gòu)120在正方形或矩形(如所示的)內(nèi)部傳感器框架108的所有四個(gè)角處重復(fù)。H形梁隔離結(jié)構(gòu)120可隨意地在所有四個(gè)方位基點(diǎn)(即，正方形或矩形內(nèi)部傳感器框架108的頂部、底部或兩側(cè))處重復(fù)。如果內(nèi)部傳感器框架是另一種形狀，諸如圓形或橢圓形，H形梁隔離結(jié)構(gòu)120又在方位基點(diǎn)處重復(fù)，或者在預(yù)定角度(例如，特征所示的45度)下旋轉(zhuǎn)。圖2中所示的H形梁隔離結(jié)構(gòu)120的四點(diǎn)對(duì)稱為傳感器機(jī)構(gòu)102提供了寬闊的穩(wěn)定支撐。然而，三點(diǎn)對(duì)稱，例如將三個(gè)H形梁隔離結(jié)構(gòu)120以對(duì)稱的方式布置于圓形內(nèi)部傳感器框架108周圍也是一種選擇。
H形梁彎曲部分130、132之間的分離狹縫114、116的部分被構(gòu)造成足夠?qū)挘栽试S內(nèi)部和外部彎曲部分130、132的彎曲。因此分離狹縫114、116提供了內(nèi)部傳感器框架108和外部框架118之間垂直于H形梁彎曲部分130、132的相對(duì)移動(dòng)的空間。因此H形梁隔離結(jié)構(gòu)120允許內(nèi)部傳感器框架108在最小空間中的最大量的面內(nèi)線性平移。然而可將分離狹縫114、116的選定部分構(gòu)造成足夠窄以局限或限制內(nèi)部傳感器框架108的相對(duì)移動(dòng)，從而使得彎曲部分130、132不會(huì)由于過(guò)量彎曲而損壞?；蛘?，可隨意地將H形梁隔離結(jié)構(gòu)120外部的圍繞內(nèi)部傳感器框架108圓周的狹縫114、116的部分選擇為限制內(nèi)部傳感器框架108相對(duì)于外部框架118的移動(dòng)，從而防止彎曲部分130、132過(guò)量彎曲。狹縫114、116的窄部分所提供的限制還可防止加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)102由于施加于橫軸上的外部沖擊載荷所導(dǎo)致的損壞。
如圖2中所示的，將H形梁隔離結(jié)構(gòu)120a、b、c和d相對(duì)于加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)102的鉸鏈軸H以對(duì)稱的方式定位。然而，依照本發(fā)明的不同實(shí)施例，以不同的角度定位不同的H形梁隔離結(jié)構(gòu)120a、b、c和d，即，使得不同H形梁隔離結(jié)構(gòu)120a、b、c和d的圖案重合在加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)102的一個(gè)點(diǎn)處。將H形梁隔離結(jié)構(gòu)120a、b、c和d的圖案定位得重合在一個(gè)點(diǎn)處可用于使得偏心效果最小化。例如，在高振動(dòng)應(yīng)用中，可隨意地將H形梁隔離結(jié)構(gòu)120a、b、c和d的圖案定位得重合在檢測(cè)質(zhì)量塊106的震動(dòng)中心處以限制偏心效果。在其他應(yīng)用中，可隨意地將H形梁隔離結(jié)構(gòu)120a、b、c和d的圖案定位得重合在檢測(cè)質(zhì)量塊106的質(zhì)量中心或重心處。
依照另一個(gè)實(shí)施例，H形梁隔離結(jié)構(gòu)120中的每個(gè)彎曲部分130、132都是不同長(zhǎng)度的。雖然具有基本相同長(zhǎng)度的彎曲部分130、132有助于對(duì)稱性，但是期望產(chǎn)生的諧振頻率可指定差別的彎曲長(zhǎng)度。
可使用深度反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)(DRIE)隨意地制造構(gòu)成H形梁彎曲部分130、132的H形梁狹縫122、124和分離狹縫114、116，所述深度反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)(DRIE)可在幾乎垂直壁之間蝕刻非常窄的狹縫。DRIE允許精密地控制H形梁隔離彎曲部分130、132的寬度、長(zhǎng)度和厚度，從而應(yīng)變隔離結(jié)構(gòu)的限定水平和相應(yīng)的諧振可制造成加速度計(jì)100的結(jié)構(gòu)。
圖3示出了涉及與加速度計(jì)機(jī)構(gòu)模相結(jié)合的H形梁隔離結(jié)構(gòu)120a的操作的本發(fā)明的方法。在圖3中，如箭頭所示的，示出了與加速度計(jì)機(jī)構(gòu)100相結(jié)合的H形梁隔離結(jié)構(gòu)120a的延展移動(dòng)。由另一個(gè)H形梁隔離結(jié)構(gòu)120c經(jīng)歷同等的和相對(duì)的壓縮移動(dòng)。當(dāng)在外部框架元件118中引起應(yīng)變時(shí)，H形梁隔離彎曲部分130、132的面內(nèi)柔順允許它們?cè)谝r底110的平面中彎曲，同時(shí)沿加速度計(jì)機(jī)構(gòu)100的輸入軸線I保持相對(duì)剛性和不可彎曲性。從而H形梁隔離結(jié)構(gòu)120吸收外部框架元件118中所出現(xiàn)的應(yīng)變同時(shí)保持內(nèi)部傳感器框架108和傳感器機(jī)構(gòu)102與外部框架元件118的共面性。
此外，H形梁隔離彎曲部分130、132的彎曲使得施加于加速度計(jì)機(jī)構(gòu)模100上的端部扭矩最小化和局部化。外部框架元件118中的應(yīng)變通過(guò)互連梁126被傳輸?shù)叫纬捎谕獠靠蚣茉?18中的外部彎曲部分132中、并且被傳輸?shù)叫纬捎趦?nèi)部傳感器框架108上的內(nèi)部彎曲部分130中。因此外部彎曲部分132與互連梁126操作以使得外部框架元件118中的應(yīng)變被施加于兩個(gè)懸臂式的彎曲部分130a和130b的內(nèi)端處，即，內(nèi)部彎曲部分130的中心處。所述應(yīng)變被轉(zhuǎn)換成傳輸?shù)綉冶凼降膹澢糠?30a和130b的兩個(gè)力矩臂上的力矩并且在內(nèi)部傳感器框架108中在各個(gè)彎曲部分130a和130b與內(nèi)部傳感器框架108相互連接的端部處產(chǎn)生扭矩T1和T2。
然而，由于通過(guò)兩個(gè)對(duì)稱形成的彎曲部分130a和130b之間的梁126施加了外應(yīng)變，因此由兩個(gè)彎曲部分130a和130b中的每一個(gè)施加了同等并且相反的力矩。這些同等并且相反的力矩導(dǎo)致了產(chǎn)生于內(nèi)部傳感器框架108中彎曲部分130a和130b的端部處的同等并且相反的扭矩T1和T2，因此只有一個(gè)合成的壓縮或張拉載荷(示出)被施加于加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)102。
當(dāng)內(nèi)部傳感器框架108的相對(duì)角上的H形梁隔離結(jié)構(gòu)120a被延伸時(shí)，H形梁隔離結(jié)構(gòu)120c以相似但又相反的方式被壓縮。H形梁隔離結(jié)構(gòu)120c彎曲以使得施加于加速度計(jì)機(jī)構(gòu)模100上的端部扭矩最小化和局部化。與H形梁隔離結(jié)構(gòu)120a處于拉伸中相似，H形梁隔離結(jié)構(gòu)120c在處于壓縮下操作以便于將外部產(chǎn)生的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為形成于內(nèi)部傳感器框架108主體中的彎曲部分極端處的同等并且相反作用的扭矩。內(nèi)部傳感器框架108中所產(chǎn)生的這些同等并且相反的扭矩導(dǎo)致將壓縮載荷施加到加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)102。
圖4示出了體現(xiàn)為X-梁隔離結(jié)構(gòu)150的本發(fā)明懸掛結(jié)構(gòu)，所述X-梁隔離結(jié)構(gòu)150在構(gòu)造和操作上都與文中所述的H-梁隔離結(jié)構(gòu)120相似。然而與上述H-梁實(shí)施例相比，X-梁隔離結(jié)構(gòu)150需要更多的實(shí)際空間以構(gòu)成和操作。根據(jù)X-梁隔離結(jié)構(gòu)150，沿內(nèi)部傳感器框架108的圓周形成有分離狹縫152、154，并且共存于連接于內(nèi)部和外部傳感器框架108和118之間的窄梁156中。梁156在襯底110的整個(gè)厚度上垂直于傳感器襯底110的平面。多個(gè)梁156是內(nèi)部和外部傳感器框架108和118中僅有的機(jī)械互連部分。X-梁隔離彎曲部分150的內(nèi)部和外部狹縫158、160被形成于分離狹縫152、154的相對(duì)側(cè)上并且部分地交迭分離狹縫152、154，其中互連梁156形成于內(nèi)部和外部狹縫158、160的中間。換句話說(shuō)，內(nèi)部狹縫158是通過(guò)內(nèi)部傳感器框架108的外圓周邊緣形成的，而另一個(gè)外部狹縫160是通過(guò)外部傳感器框架118的內(nèi)圓周邊緣形成的。在狹縫158、160的極端處可形成有鍵孔162以提供應(yīng)力消除。內(nèi)部狹縫158和外部狹縫160為例如布置得略微遠(yuǎn)離交迭狹縫152和154的又長(zhǎng)又窄的狹縫，以使得兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)彎曲部分164和166分別形成于其間。將狹縫152和154布置得使得梁156以X形狀連接兩對(duì)彎曲部分164和166。
還可將X-梁隔離結(jié)構(gòu)150描述為由一對(duì)內(nèi)部彎曲部分164a、164b和一對(duì)與之間隔的外部彎曲部分166a、166b構(gòu)造成的，其中每個(gè)彎曲部分164a、164b和外部彎曲部分166a、166b的近端都通過(guò)梁156相互連接。內(nèi)部彎曲部分164a、164b的端部遠(yuǎn)離與內(nèi)部傳感器框架結(jié)構(gòu)108相互連接的互連梁156，外部彎曲部分166a、166b的端部遠(yuǎn)離與外部框架結(jié)構(gòu)118相互連接的互連梁156。
與本發(fā)明的H-梁實(shí)施例相似，X-梁隔離結(jié)構(gòu)150的彎曲量為X形梁狹縫158、160的長(zhǎng)度連同連接它們的梁156的寬度以及從分離狹縫152和154的側(cè)面復(fù)位的函數(shù)。因此可與從分離狹縫152和154的側(cè)面復(fù)位相結(jié)合選擇X形梁狹縫158、160的長(zhǎng)度和連接它們的梁156的寬度，從而為加速度計(jì)機(jī)構(gòu)100提供預(yù)定動(dòng)態(tài)特性。
體現(xiàn)為X-梁隔離結(jié)構(gòu)150的懸掛發(fā)明的隔離結(jié)構(gòu)幾何形狀沿延展移動(dòng)方式操作，同時(shí)由相對(duì)側(cè)或內(nèi)部傳感器框架108的角上的另一個(gè)X-梁隔離結(jié)構(gòu)150經(jīng)歷同等并且相對(duì)的壓縮移動(dòng)。當(dāng)在外部框架元件118中引起應(yīng)變時(shí)，X形梁彎曲部分164、166的面內(nèi)柔順允許它們?cè)谝r底110的平面中彎曲，同時(shí)沿加速度計(jì)機(jī)構(gòu)100的輸入軸線I保持相對(duì)剛性和不可彎曲性。從而X形梁隔離結(jié)構(gòu)120吸收外部框架元件118中所出現(xiàn)的應(yīng)變同時(shí)保持內(nèi)部傳感器框架108和傳感器機(jī)構(gòu)102與外部框架元件118的共面性。
X形梁彎曲部分164、166的彎曲使得施加于加速度計(jì)機(jī)構(gòu)模100上的端部扭矩最小化和局部化。外部框架元件118中的應(yīng)變通過(guò)互連梁156被傳輸?shù)叫纬捎谕獠靠蚣茉?18中的彎曲部分166a、166b中，并且被傳輸?shù)叫纬捎趦?nèi)部傳感器框架108上的彎曲部分164a、164b中。因此兩個(gè)彎曲部分166a、166b與互連梁156操作以使得外部框架元件118中的應(yīng)變被施加于兩個(gè)懸臂式的彎曲部分164a和164b的內(nèi)端處。所述應(yīng)變被轉(zhuǎn)換成傳輸?shù)綉冶凼降膹澢糠?64a和164b的兩個(gè)力矩臂上的力矩并且在內(nèi)部傳感器框架108中在彎曲部分164a和164b與內(nèi)部傳感器框架108相互連接的端部處產(chǎn)生同等和相反的扭矩。這些同等和相反的力矩導(dǎo)致在內(nèi)部傳感器框架108中在彎曲部分164a和164b的端部處產(chǎn)生同等和相反的扭矩，以使得只有一種合成的壓縮和張拉載荷被施加于加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)102。
本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員將明白的是，當(dāng)內(nèi)部框架108與蓋板32相連接以便于安裝加速度計(jì)100時(shí)，本發(fā)明的隔離結(jié)構(gòu)同樣可用于將形成于外部框架118之中或之上的傳感器機(jī)構(gòu)102與施加于內(nèi)部框架108的外部應(yīng)變相隔離。
雖然已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明精神和保護(hù)范圍的情況下可作出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種懸掛結(jié)構(gòu)，所述懸掛結(jié)構(gòu)包括第一細(xì)長(zhǎng)彎曲部分，所述第一細(xì)長(zhǎng)彎曲部分具有被構(gòu)造成用于與支撐結(jié)構(gòu)相連接的第一和第二端；和第二細(xì)長(zhǎng)彎曲部分，所述第二細(xì)長(zhǎng)彎曲部分具有被構(gòu)造成用于與隔離于支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相連接的第一和第二端，位于其第一和第二端中間的第二彎曲部分的一部分與位于其第一和第二端中間的第一彎曲部分的一部分互相連接。
2.如權(quán)利要求1中所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一和第二彎曲部分以間隔并通過(guò)連接于第一彎曲部分的中間部分與第二彎曲部分的中間部分之間的相互連接結(jié)構(gòu)相互連接。
3.如權(quán)利要求1中所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個(gè)第一和第二彎曲部分都被形成于具有平行相對(duì)偏移上下表面的襯底中，第一和第二彎曲部分被穿過(guò)上下表面之間的襯底所形成的多個(gè)狹縫限定。
4.如權(quán)利要求1中所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，在無(wú)約束的條件下，每個(gè)第一和第二彎曲部分在其相應(yīng)的第一和第二端之間基本上是直的。
5.如權(quán)利要求4中所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，在無(wú)約束的條件下，第一和第二彎曲部分可以間隔并且基本上相互平行，并且具有連接于它們之間的相互連接結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1中所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括被懸掛的結(jié)構(gòu)；至少部分地圍繞所述被懸掛的結(jié)構(gòu)并與之相隔的支撐結(jié)構(gòu)；并且其特征在于，第一彎曲部分的第一和第二端與支撐結(jié)構(gòu)相連接，并且第二彎曲部分的第一和第二端與被懸掛的結(jié)構(gòu)相連接。
7.如權(quán)利要求6中所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述被懸掛的結(jié)構(gòu)還包括加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)。
8.一種加速度計(jì)懸掛設(shè)備，所述設(shè)備包括用于測(cè)量沿輸入軸線施加的加速度的裝置；用于支撐加速度測(cè)量裝置的裝置；連接于支撐裝置與加速度測(cè)量裝置之間的裝置，所述裝置用于將加速度測(cè)量裝置從支撐裝置中懸掛下來(lái)以便于限制沿基本垂直于輸入軸線的平面中的移動(dòng)，所述懸掛裝置包括多個(gè)第一彎曲裝置，每個(gè)彎曲裝置都具有用于互連于支撐裝置的間隔的互連裝置，多個(gè)第二彎曲裝置，每個(gè)彎曲裝置都具有用于互連于加速度測(cè)量裝置的間隔的互連裝置，以及用于將多個(gè)第一彎曲裝置的每個(gè)與多個(gè)第二彎曲裝置的相應(yīng)一個(gè)在基本處于各個(gè)間隔互連裝置中間的位置處互連的裝置。
9.如權(quán)利要求8中所述的設(shè)備，其特征在于第一個(gè)互連裝置被布置于加速度測(cè)量裝置的第一側(cè)上；并且第二個(gè)互連裝置被布置于加速度測(cè)量裝置的第二側(cè)上，與第一個(gè)互連裝置相對(duì)。
10.如權(quán)利要求8中所述的設(shè)備，其特征在于，加速度測(cè)量裝置、支撐裝置，以及每個(gè)互連裝置都形成于襯底中，所述襯底具有在基本平行地間隔的表面之間延伸的厚度。
11.如權(quán)利要求10中所述的設(shè)備，其特征在于，多個(gè)互連裝置中的每個(gè)的第一和第二彎曲裝置都基本上穿過(guò)襯底的間隔的表面之間的整個(gè)厚度。
12.如權(quán)利要求8中所述的設(shè)備，其特征在于，用于互連于加速度測(cè)量裝置的多個(gè)第二彎曲裝置的每個(gè)的間隔的互連裝置還包括用于將由各個(gè)第二彎曲裝置傳輸?shù)膽?yīng)變轉(zhuǎn)換為扭矩的裝置。
13.如權(quán)利要求12中所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)間隔的互連裝置處的應(yīng)變-扭矩轉(zhuǎn)換裝置還包括用于將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為同等和相反扭矩的裝置。
14.一種懸掛結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括襯底，所述襯底具有基本平行并且間隔的上表面和下表面；形成于襯底中的內(nèi)部框架元件；形成于襯底中的外部框架元件，所述外部框架元件與內(nèi)部框架元件相隔并基本上圍繞所述內(nèi)部框架元件；形成于內(nèi)部和外部框架元件之間的分離狹縫，所述分離狹縫由內(nèi)部框架元件的外側(cè)壁和與內(nèi)部框架元件的外側(cè)壁相隔的外部框架元件的內(nèi)側(cè)壁限定并且與之鄰近；形成于襯底中的分離狹縫中的圍繞內(nèi)部框架元件外圓周周圍的隔開(kāi)位置處的多個(gè)梁，每個(gè)梁都互連于內(nèi)部和外部框架元件之間；形成于內(nèi)部框架元件的外圓周中并且與其外側(cè)壁鄰近但又相隔的內(nèi)部狹縫，所述內(nèi)部狹縫具有基本等距離地布置于第一梁相對(duì)側(cè)上的第一和第二間隔的端部；以及形成于外部框架元件的內(nèi)圓周中并且與其內(nèi)側(cè)壁鄰近但又相隔的外部狹縫，所述外部狹縫具有基本等距離地布置于第一梁相對(duì)側(cè)上的第一和第二間隔的端部。
15.如權(quán)利要求14中所述的懸掛結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)部和外部狹縫是基本鄰近地形成的。
16.如權(quán)利要求14中所述的懸掛結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)部狹縫以基本平行于分離狹縫的方式形成，并且內(nèi)部狹縫的第一和第二端彼此間隔預(yù)定的細(xì)長(zhǎng)距離，以使得內(nèi)部彎曲部分形成于內(nèi)部狹縫與分離狹縫之間。
17.如權(quán)利要求14中所述的懸掛結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外部狹縫以基本平行于分離狹縫的方式形成，并且外部狹縫的第一和第二端彼此間隔預(yù)定的細(xì)長(zhǎng)距離，以使得外部彎曲部分形成于外部狹縫與分離狹縫之間。
18.如權(quán)利要求14中所述的懸掛結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括形成于內(nèi)部框架元件的外圓周中并且與其外側(cè)壁鄰近但又相隔的第二內(nèi)部狹縫，所述內(nèi)部狹縫具有基本等距離地布置于第二梁相對(duì)側(cè)上的第一和第二間隔的端部；以及形成于外部框架元件的內(nèi)圓周中并且與其內(nèi)側(cè)壁鄰近但又相隔的第二外部狹縫，所述外部狹縫具有基本等距離地布置于第二梁相對(duì)側(cè)上的第一和第二間隔的端部。
19.如權(quán)利要求18中所述的懸掛結(jié)構(gòu)，其特征在于第一梁、第一內(nèi)部狹縫和第一外部狹縫被形成于內(nèi)部框架元件第一側(cè)上的第一位置處；以及第二梁、第二內(nèi)部狹縫和第二外部狹縫被形成于內(nèi)部框架元件第二側(cè)上的第二位置處，與第一梁、第一內(nèi)部狹縫和第一外部狹縫相對(duì)。
20.如權(quán)利要求19中所述的懸掛結(jié)構(gòu)，其特征在于第一梁、第一內(nèi)部狹縫和第一外部狹縫共同形成第一彎曲部分，所述第一彎曲部分沿穿過(guò)第一梁的直線可操作；第二梁、第二內(nèi)部狹縫和第二外部狹縫共同形成第二彎曲部分，所述第二彎曲部分沿穿過(guò)第二梁的直線可操作；并且第一和第二彎曲部分被定位得使得它們沿基本平行的各個(gè)第一和第二直線可操作。
21.如權(quán)利要求20中所述的懸掛結(jié)構(gòu)，還包括形成于內(nèi)部框架元件中的加速度傳感機(jī)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求21中所述的懸掛結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述加速度傳感機(jī)構(gòu)還包括檢測(cè)質(zhì)量塊，所述檢測(cè)質(zhì)量塊形成于襯底中并且從內(nèi)部框架元件上懸掛下來(lái)以便于相對(duì)旋轉(zhuǎn)；以及連接于檢測(cè)質(zhì)量塊與內(nèi)部框架元件之間的多個(gè)力/位移傳感器；并且第一和第二彎曲部分被定位得使得它們沿基本穿過(guò)震動(dòng)中心、質(zhì)量中心以及檢測(cè)質(zhì)量塊重心中一個(gè)的各個(gè)直線可操作。
23.一種設(shè)備，所述設(shè)備包括硅襯底，所述硅襯底形成有基本平坦的并且平行的相對(duì)偏移的上表面和下表面；形成于襯底中的外部框架結(jié)構(gòu)；形成于襯底中的內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)至少部分地由外部框架結(jié)構(gòu)圍繞并且與之相隔一個(gè)空間；以及多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)，所述隔離結(jié)構(gòu)形成于襯底中并且在其上下表面之間延伸，每個(gè)隔離結(jié)構(gòu)都包括一對(duì)內(nèi)部彎曲部分和一對(duì)與之間隔的外部彎曲部分，每個(gè)內(nèi)部和外部彎曲部分的近端都互連，內(nèi)部彎曲部分的遠(yuǎn)端與內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)互連，外部彎曲部分的遠(yuǎn)端與外部框架結(jié)構(gòu)互連。
24.如權(quán)利要求23中所述的設(shè)備，其特征在于，這對(duì)內(nèi)部彎曲部分與這對(duì)外部彎曲部分通過(guò)分離內(nèi)部框架元件與外部框架元件的空間相隔。
25.如權(quán)利要求23中所述的設(shè)備，其特征在于，所述內(nèi)部和外部彎曲部分在其相應(yīng)的近端和遠(yuǎn)端之間延長(zhǎng)。
26.如權(quán)利要求23中所述的設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)中的每個(gè)還包括形成于襯底中并在其上下表面之間延伸的梁，所述梁互連于每個(gè)內(nèi)部和外部彎曲部分的近端之間。
27.如權(quán)利要求26中所述的設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)中的每個(gè)的各對(duì)內(nèi)部和外部彎曲部分都由互連于其間的梁以間隔。
28.如權(quán)利要求27中所述的設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)中的每個(gè)的各對(duì)內(nèi)部和外部彎曲部分基本上都是平行的。
29.如權(quán)利要求23中所述的設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)被布置于內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)的相對(duì)側(cè)上。
30.如權(quán)利要求23中所述的設(shè)備，其特征在于，外部框架結(jié)構(gòu)還包括所述多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)中的每個(gè)的這對(duì)外部彎曲部分。
31.如權(quán)利要求23中所述的設(shè)備，其特征在于，內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)還包括所述多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)中的每個(gè)的這對(duì)內(nèi)部彎曲部分。
32.如權(quán)利要求23中所述的設(shè)備，其特征在于，所述內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)還包括由一個(gè)或多個(gè)彎曲部分從內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)上懸掛下來(lái)的檢測(cè)質(zhì)量塊；以及連接于檢測(cè)質(zhì)量塊和內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)之間用于測(cè)量施加于檢測(cè)質(zhì)量塊的力的一對(duì)力/位移傳感器。
33.如權(quán)利要求23中所述的設(shè)備，其特征在于，所述力/位移傳感器還包括形成為雙端音叉(DETF)力傳感器的機(jī)械諧振器。
34.一種加速度計(jì)，所述加速度計(jì)包括硅襯底，所述硅襯底具有基本平行的并且間隔的上表面和下表面；加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)，所述加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)具有內(nèi)部傳感器框架和形成于襯底中的檢測(cè)質(zhì)量塊，所述檢測(cè)質(zhì)量塊通過(guò)一個(gè)或多個(gè)彎曲部分以擺錘方式從內(nèi)部傳感器框架中懸掛下來(lái)，并且兩個(gè)機(jī)械諧振器以推挽式的方式互連于檢測(cè)質(zhì)量塊與內(nèi)部傳感器框架之間；外部框架，所述外部框架形成于襯底之間并且基本上圍繞加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)并與加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)相隔；以及多個(gè)應(yīng)變-隔離懸掛元件，所述應(yīng)變-隔離懸掛元件被布置于加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)與外部框架之間的空間中，并且所述應(yīng)變-隔離懸掛元件連接于加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)與外部框架之間，成對(duì)應(yīng)變-隔離懸掛元件被布置于加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)的相對(duì)側(cè)上，每個(gè)應(yīng)變-隔離懸掛元件都被形成于襯底中并且包括具有連接于外部框架內(nèi)壁的第一和第二端的第一又薄又細(xì)長(zhǎng)的彎曲部分；以及具有連接于外部框架內(nèi)壁的第一和第二端的與第一彎曲部分相對(duì)的第二又薄又細(xì)長(zhǎng)的彎曲部分，位于其第一和第二端中間的第二彎曲部分的一部分與位于其第一和第二端中間的第一彎曲部分的一部分互相連接。
35.如權(quán)利要求34中所述的加速度計(jì)，其特征在于，多個(gè)應(yīng)變-隔離懸掛元件中的每個(gè)的第一彎曲部分的第一和第二端都沿一部分與外部框架的內(nèi)壁相連接，所述部分基本上延伸襯底上下表面之間的整個(gè)距離。
36.如權(quán)利要求34中所述的加速度計(jì)，其特征在于，多個(gè)應(yīng)變-隔離懸掛元件中的每個(gè)的第二彎曲部分的第一和第二端都沿一部分與內(nèi)部框架的外壁相連接，所述部分基本上延伸襯底上下表面之間的整個(gè)距離。
37.如權(quán)利要求34中所述的加速度計(jì)，其特征在于，多個(gè)應(yīng)變-隔離懸掛元件中的每個(gè)還包括互連第一和第二彎曲部分的梁，所述梁被連接于其第一和第二端中間的第一彎曲部分的部分與其第一和第二端中間的第二彎曲部分的部分之間。
38.如權(quán)利要求34中所述的加速度計(jì)，其特征在于，多個(gè)應(yīng)變-隔離懸掛元件中的每個(gè)的第二彎曲部分都與其相應(yīng)的第一彎曲部分相隔并與之基本平行地對(duì)齊。
39.如權(quán)利要求34中所述的加速度計(jì)，其特征在于，布置于加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)相對(duì)側(cè)上的這對(duì)應(yīng)變-隔離懸掛元件中的一個(gè)還被對(duì)齊得通過(guò)質(zhì)量塊的震動(dòng)中心作用。
40.如權(quán)利要求34中所述的加速度計(jì)，其特征在于，布置于加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)相對(duì)側(cè)上的這對(duì)應(yīng)變-隔離懸掛元件中的一個(gè)還被對(duì)齊得通過(guò)質(zhì)量塊的質(zhì)量中心作用。
41.如權(quán)利要求34中所述的加速度計(jì)，其特征在于，布置于加速度計(jì)傳感器機(jī)構(gòu)相對(duì)側(cè)上的這對(duì)應(yīng)變-隔離懸掛元件中的一個(gè)還被對(duì)齊得通過(guò)質(zhì)量塊的重心作用。
42.用于懸掛和隔離一種設(shè)備的方法，所述方法包括通過(guò)形成于外部框架元件的內(nèi)圓周邊緣與內(nèi)部框架的外圓周邊緣之間的狹縫與之相隔的外部框架基本圍繞內(nèi)部框架元件；互連圍繞外部框架元件的內(nèi)圓周邊緣隔開(kāi)的多個(gè)第一彎曲部分；在與第一彎曲部分相對(duì)應(yīng)的位置處互連圍繞內(nèi)部框架元件的外圓周邊緣隔開(kāi)的多個(gè)第二彎曲部分；以及將每個(gè)第二彎曲部分的中心部分與相對(duì)應(yīng)的第一彎曲部分的中心部分互連。
43.如權(quán)利要求42中所述的方法，還包括將第一對(duì)第一和第二互連彎曲部分布置于內(nèi)部框架元件的第一側(cè)上；以及將第二對(duì)第一和第二互連彎曲部分布置于內(nèi)部框架元件的第二側(cè)上，與第一對(duì)第一和第二互連彎曲部分相對(duì)。
44.如權(quán)利要求42中所述的方法，其特征在于，還包括在襯底中形成每個(gè)內(nèi)部框架元件、外部框架元件以及每個(gè)第一和第二彎曲部分并且使其在襯底的基本平行的間隔表面之間延伸。
45.如權(quán)利要求44中所述的方法，其特征在于，還包括形成每個(gè)第一和第二彎曲部分，以使其基本穿過(guò)襯底的間隔表面之間的整個(gè)厚度。
46.如權(quán)利要求42中所述的方法，其特征在于，還包括將每個(gè)第一和第二彎曲部分所傳輸?shù)膽?yīng)變轉(zhuǎn)換為扭矩。
47.如權(quán)利要求46中所述的方法，其特征在于，將每個(gè)第一和第二彎曲部分所傳輸?shù)膽?yīng)變轉(zhuǎn)換為扭矩的方法還包括在第二彎曲部分的相對(duì)端處將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為同等和相反扭矩。
48.如權(quán)利要求42中所述的方法，其特征在于，還包括將內(nèi)部框架元件的部分提供為用于測(cè)量沿輸入軸線施加的加速度的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于對(duì)一種結(jié)構(gòu)進(jìn)行懸掛和應(yīng)變隔離的設(shè)備和方法，所述設(shè)備具有第一細(xì)長(zhǎng)彎曲部分和第二細(xì)長(zhǎng)彎曲部分，所述第一細(xì)長(zhǎng)彎曲部分具有被構(gòu)造成用于連接于支撐結(jié)構(gòu)的第一和第二端，所述第二細(xì)長(zhǎng)彎曲部分具有被構(gòu)造成用于連接于與支撐結(jié)構(gòu)相隔離的結(jié)構(gòu)的第一和第二端。位于其第一和第二端中間的第二彎曲部分的一部分與位于其第一和第二端中間的第一彎曲部分的一部分互相連接。應(yīng)變消除結(jié)構(gòu)可用在加速度計(jì)中。該結(jié)構(gòu)可具有H或X形狀，其中支腿表示細(xì)長(zhǎng)彎曲部分。
文檔編號(hào)G01P15/10GK1656382SQ02814200
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2002年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月15日
發(fā)明者D·馬拉梅茨 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司