基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度MEMS加速度计

基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计
技术领域
1.本发明涉及准零刚度(quasi-zero-stiffness) mems(micro-electro-mechanical system)加速度计领域，特别涉及一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计。


背景技术：

2.传感器技术是一门具有普适性的技术，各类设备仪器的应用大多离不开传感器的作用。即便单一传感器的功能可能并不宽泛，但多类传感器的联合通常可以实现多功能，甚至全方位的检测，检测技术的发展也因此离不开传感。如今，对于传感器的设计可以从功能上分类，如位移传感、力传感、加速度传感以及图像传感，等等。当然，也可以从器件尺寸上分类，区分于传感宏观概念上的传感器而言，mems传感技术采用微纳尺寸制造器件，该技术正处于蓬勃发展阶段。其中，加速度传感应用相对普遍。然而，局限于结构设计以及材料属性，绝大部分加速度计的灵敏度并不高，由于结构本身存在刚度因素，因此存在较小激励时并不能激发可观的响应。因此，准零刚度mems传感器的研究值得关注，国内外在此方面的研究也是越来越多。
3.准零刚度mems传感器设计的理念归结到底是为了使加速度计整体的总刚度为零(或接近零)。实际上，从胡克定律角度分析，系统的刚度若准确达到零，虽说是理想的情况但并不实际，零刚度意味着任何输入都会导致响应趋于无穷，考虑结构破坏方面的因素这是不妥当的。因此，准零刚度才是追求的目标。系统的刚度接近零从侧面能反映系统的灵敏度，根据微小变形区间内刚度位移的线性关系(胡克定律)可知，系统所受的外界激励在存在微小变化时即可产生较大的可观测的变形，通过检测技术可以很容易检测得到系统响应，这一技术在宏观尺度方面相对来说较为成熟。此外，对于测量低频直流微弱信号而言，降低系统的刚度能显著降低系统自身的噪声水平以及增大低频增益。在宏观尺度上，准零刚度器件设计的初衷通常是为了隔振，由于建筑行业的蓬勃发展加之有些处于地震等自然灾害高发区，地面的振动对它们而言是致命的，为此，需要将地面的振动降到最低水平甚至使之消失。对于此类尺寸较为宏观甚至更加巨大的器件，无论是制造上还是设计上都有优势，而mems器件则不然。
4.mems顾名思义，该领域的结构尺寸通常较小，一般达到微纳水平。考虑到mems器件的微小尺寸因素，很多直观上的所能想到的部件不适用，例如宏观概念中的机械弹簧或气动弹簧。再者，为了达到准零刚度，一般会寻求负刚度结构与正刚度结构相互结合，正刚度结构是很普遍的，比如梁结构，该结构在mems上应用也最为广泛，负刚度结构较为稀少。静电结构提供负刚度，然而，静电产生的静电力过小，为了达到足够大的负刚度需要施加非常大的电压，这对一般实验室而言比较困难。此外，还可采用双稳梁结构中可能产生的负刚度区间并加以利用，但是双稳梁的负刚度区间并不在梁的初始位置，为了利用这种负刚度效应，需要将梁结构驱动到特定的位置，对于硅材料而言（其脆性高）是一种挑战。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计，所述的杠杆式静电梳齿是指通过静电梳齿产生静电驱动力，该静电驱动力通过杠杆的作用施加在梁的一端从而产生一个轴向压力。众所周知，静电力无排斥作用，通常只有吸引力的效果，若想将静电力产生的吸引力直接施加在梁上产生轴向压力则需要非常大的电压，这是不可取的。因此此处采用杠杆作用，杠杆具有放大效果，可将静电梳齿产生的力按比例放大施加在梁的自由端。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计，包括：
8.敏感质量块，其位于加速度计中心，为器件中间可动结构，敏感质量块两侧对称设有若干凹槽，每一个凹槽底部通过直梁连接杠杆模块的阻力臂；优选设有4个凹槽，其左右两侧各2个凹槽，分别与直梁相连接，与质量块连接的直梁为敏感质量块提供支撑力；为了减轻整体的重量以减小直梁的负重变形，本发明尽可能地减小敏感质量块的尺寸；
9.杠杆模块，其作为力的转化结构，用于将轴向力梳齿模块产生的静电力转化为连接敏感质量块的直梁端部的轴向压力，所述的杠杆模块的动力臂长度大于阻力臂长度；
10.驱动及检测梳齿模块，其由第一梳齿模块和第二梳齿模块构成，分别位于敏感质量块的上下侧；
11.轴向力梳齿模块，其包括固定梳齿阵列和与固定梳齿阵列相匹配的可动梳齿阵列，所述的固定梳齿阵列位于杠杆模块的动力臂上下侧，所述的可动梳齿阵列连接杠杆模块的动力臂。
12.进一步地，所述的敏感质量块的运动方向与直梁的长度方向垂直。
13.进一步地，所述的固定梳齿阵列与可动梳齿阵列中的梳齿宽度、直梁宽度均为2-5um，优选宽度为4um，梳齿厚度、直梁厚度均为20-30um，优选厚度为25um。
14.进一步地，所述的第一梳齿模块由固定在敏感质量块上端的第一移动梳齿阵列和位于第一移动梳齿阵列上侧的第一固定梳齿阵列构成，所述的第一固定梳齿阵列固定在位于敏感质量块上方的第一梳齿固支锚点上，所述的第一梳齿固支锚点溅射有金属电极层。
15.进一步地，所述的第二梳齿模块由固定在敏感质量块下端的第二移动梳齿阵列和位于第二移动梳齿阵列下侧的第二固定梳齿阵列构成，所述的第二固定梳齿阵列固定在位于敏感质量块下方的第二梳齿固支锚点上，所述的第二梳齿固支锚点溅射有金属电极层。
16.进一步地，所述的第一梳齿模块和第二梳齿模块分别作为驱动梳齿与检测梳齿，两者功能能够相互转换。
17.进一步地，所述的轴向力梳齿模块中的固定梳齿阵列连接杠杆模块动力臂上下侧的轴向力梳齿固支锚点，所述的轴向力梳齿固支锚点溅射有金属电极层。
18.进一步地，所述的轴向力梳齿模块数量为4，对称分布在敏感质量块的两侧，每一个轴向力梳齿模块中的固定梳齿阵列和与固定梳齿阵列相匹配的可动梳齿阵列等间距排列，相邻梳齿间距为10-15um，优选间距为12um，固定梳齿阵列和可动梳齿阵列相互交叉。
19.进一步地，所述的杠杆模块是由相连的竖直段和水平段构成的l型结构，所述的竖直段的自由端连接直梁，水平段连接轴向力梳齿模块，杠杆模块的支点位于竖直段上。
20.进一步地，所述的轴向力梳齿模块为垂直于杠杆模块水平段的等间距多层静电梳
齿结构，且关于杠杆模块的水平段上下对称。优选的，每一个静电梳齿模块包含五层静电梳齿，其中每一层静电梳齿结构包含两部分的可动梳齿以及两部分的固定梳齿。为了确保施加在直梁上的轴向力为压力，敏感质量块右侧每一层静电梳齿结构中的固定梳齿位于可动梳齿的右侧，敏感质量块左侧的每一层静电梳齿结构中的固定梳齿位于可动梳齿的左侧。
21.本发明采用杠杆式静电力梳齿提供轴向压力，考虑到静电力常量的影响，传统加速度计定量地计算静电力需要较大地电压，基于此，本发明在静电梳齿的基础上采用了多层梳齿设计，进一步地考虑到过多的梳齿层可能造成整个器件所占用地硅片面积较大，本发明将直梁设计为插入式，即直梁不同于以往地连接在敏感质量块外侧，而是将直梁插入质量块的内部，大大缩小了整个器件的尺寸，从而可以设计更多层的静电梳齿以确保在许可电压的范围内产生足够大的静电力，进而产生足够大的轴向压力。
22.为了产生压力，本发明采用杠杆设计。杠杆的设计有两个作用，其一为按比例增大静电梳齿所产生的静电力，其二为将静电梳齿所产生的吸引力转化为对直梁的轴向压力。本身的直梁所产生的只有正刚度，如若不对其采取措施，器件的频率由于受到微纳尺寸的影响通常能达到上千上万赫兹，这远远未达到想要的准零刚度效应。但是通过施加轴向力能显著的降低直梁的刚度，进而大大降低系统的频率，达到准零刚度效果。
23.本发明采用杠杆式静电力梳齿实现准零刚度，有以下几个优势：
24.第一，在初始状态处就已经是准零刚度，无需通过静电驱动力将加速度计预先驱动到特定的位置，大大减小了驱动电压；
25.第二，采用多层设计静电梳齿，避免在同一个梳齿梁上分布过多的梳齿致使结构不稳定，甚至产生较大位移导致梳齿间的吸合，同时也能避免器件在某个方向上的尺寸过大；
26.第三，本发明采用微型杠杆达到将静电吸引力转化为梁的轴向压力，并且按照杠杆支点到杠杆两端的距离同比例增大，同时采用插入式的直梁设计可以大大减小器件横向的尺寸，例如，原先的500um的直梁有400um都处于敏感质量块内部，在水平方向上则减小了800um的尺寸；此外采用静电梳齿施加轴向压力的方式，能够通过后期改变电压大小从而改变轴向力，避免了因制造误差导致的残余应力带来的影响。本发明相比于双稳梁设计的加速度计而言，无需考虑硅材料的脆性问题，因为在初始水平位置即可达到准零刚度，无需预压。
27.本发明为了能使驱动静电力不随着梳齿相对位移的变化而变化，采用恒压式驱动。驱动力是通过驱动梳齿基于力-位移曲线计算得到的，驱动电压、驱动梳齿数量等参数都是已知的，因此可以很容易得到驱动力的大小。位移检测通过检测梳齿得到，采用是单电容检测而非差分电容检测，在器件较大的时候，单电容检测也可以很准确地计算得到位移。
28.综上所述，本发明为一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计，利用单纯直梁在轴向压力下改变自身刚度属性的方法，使加速度计的整体频率降到零值附近，使器件在零位置附近达到准零刚度；采用多层静电梳齿结合杠杆作用在直梁的自由端施加轴向压力是一种新颖、有效的方法，大大降低了静电力所需的电压，解决了静电不能产生斥力的困扰，本发明为准零刚度mems加速度计的发展拓宽了思路。
附图说明
29.图1是本发明实施例提供的基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计的整体和局部细节放大图；
30.图2是本发明的供电线路图；
31.图3是本发明实施例提供的基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计的结构示意图；
32.图4是未加轴向压力时直梁的力-位移曲线；
33.图5是施加轴向压力后直梁的力-位移曲线；
34.图6是施加轴向力前后直梁的力-位移曲线对比图；
35.图中：1-1 敏感质量块，2-1 驱动梳齿，3-1 检测梳齿，4-1 第一轴向力梳齿，4-2 第二轴向力梳齿，4-3 第三轴向力梳齿，4-4 第四轴向力梳齿，5-1 第一直梁，5-2 第二直梁，6-1 第一杠杆，6-2 第二杠杆，7-1 第一固支锚点，7-2 第二固支锚点，7-3 第三固支锚点，7-4 第四固支锚点，7-5 第五固支锚点，7-6 第六固支锚点，7-7 第七固支锚点，7-8 第八固支锚点，7-9 第九固支锚点，7-10 第十固支锚点，8-1 第一金属电极层，8-2 第二金属电极层，8-3 第三金属电极层，8-4 第四金属电极层，8-5 第五金属电极层，8-6 第六金属电极层，8-7 第七金属电极层，8-8 第八金属电极层，8-9 第九金属电极层，8-10 第十金属电极层，9-1 第一杠杠支点，9-2 第二杠杠支点。
具体实施方式
36.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。
37.本发明为实施例提供了一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计。通过设计多层静电梳齿结构缩小器件在单一方向的尺寸，增大静电力，并利用杠杆结构实现将静电吸引力转化为直梁的轴向压力，在该轴向压力下，直梁的刚度大大降低，使整个器件的频率非常接近零值。
38.参照图1和图3，本发明包含八个模块，分别为敏感质量模块、驱动梳齿模块、检测梳齿模块、轴向力梳齿模块、梁模块、杠杆模块、固支锚点模块以及金属电极模块。
39.所述的敏感质量模块为主体，由位于加速度计中心位置的敏感质量块1-1构成，所述的敏感质量块1-1的运动垂直于直梁的长度方向，可沿正反两个方向移动，且始终保持面内运动，所述的面内运动即敏感质量块1-1的移动始终与整个加速度计的平面保持平行，以此来避免梁结构可能产生的复杂非线性动力学行为。敏感质量块1-1之所以能够移动，是因为制造器件时需要将敏感质量块1-1全部刻蚀悬空，而支撑其悬空的结构就是梁结构。此外，敏感质量块1-1是通过驱动梳齿模块所产生的驱动力进行驱动的。
40.所述的驱动梳齿模块由位于敏感质量块1-1上部的驱动梳齿2-1构成。所述的驱动梳齿2-1实际上包含了两个部分，其一为上梳齿阵列，其二为下梳齿阵列，上梳齿阵列固定在位于敏感质量块1-1上方的第一固支锚点7-1处，为固定约束，其不可动；下梳齿阵列与敏感质量块1-1上部相连接，其为固定约束，随着敏感质量块1-1共同移动。所述的第一固支锚
点7-1上溅射有第一金属电极层8-1，通过该金属电极层给驱动梳齿施加电压。为了使敏感质量块1-1的移动符合设计，需要将驱动梳齿2-1摆放在敏感质量块的上部的正中间位置，目的是为了令驱动梳齿产生的驱动力尽可能均衡，以防敏感质量块1-1发生偏转。连接敏感质量块1-1的下梳齿阵列电压是和敏感质量块1-1保持一致的，一般设置敏感质量块1-1的电压为零，或者给一个较小值。此外，通过给第一固支锚点7-1上的第一金属电极层8-1施加另一不同电压，由此在驱动梳齿的上梳齿阵列和下梳齿阵列中产生电平差，使得驱动梳齿2-1产生驱使敏感质量块1-1运动的驱动力，从而驱动敏感质量块1-1的移动，敏感质量块1-1能够悬空移动是通过梁结构支撑的。
41.所述的检测梳齿模块由位于敏感质量块1-1下部的检测梳齿3-1构成，与驱动梳齿2-1类似，检测梳齿3-1也包含了两部分，其一为与敏感质量块1-1下部相连的上梳齿阵列，其二为与位于敏感质量块1-1下方的第六固支锚点7-6相连的下梳齿阵列，所述的第六固支锚点7-6上溅射有第六金属电极层8-6，通过该金属电极层给检测梳齿施加电压。由于加速度计工作时并不是直接测量得到加速度信号，而是通过位移作为“媒介”间接得到加速度的大小，其中涉及的算法理论及电路构造为本领域公知常识，在此不作细讲。如此，加速度信号侧测量转化为敏感质量块1-1的位移检测，在mems领域内最常用的位移检测即为差分电容检测，通过两个不同的检测梳齿模块检测得到的电信号经过差分电路求得，在本发明中由于器件足够大，同时考虑到器件设计的问题，采用单端电容检测梳齿设计。与一般的差分电容结构不同，单端电容比较简单，只含有一端检测结构，但是由于器件比较大，引入的一些噪声之类的干扰相对较小，因此单端检测也可行。实际上，驱动梳齿2-1与检测梳齿3-1的身份是可以相互转换的。由于加速度计在零位置时就可出现准零刚度特性，因此有必要测量零位置左右两侧的力-位移曲线，将加速度计向上作为正方向，在加速度计正向运动之时，则将驱动梳齿2-1作为驱动端，检测梳齿3-1作为检测端；反之，加速度反向运动时，将驱动梳齿2-1作为检测端，检测梳齿3-1作为驱动端。加速度计工作时，驱动电压以及检测电压通过金属电极层8-1与8-6给定。
42.所述的轴向力梳齿模块为本发明的核心模块，由第一轴向力梳齿4-1、第二轴向力梳齿4-2、第三轴向力梳齿4-3、第四轴向力梳齿4-4构成，四个轴向力梳齿是关于敏感质量块1-1对称分布在四个角落的。以第一轴向力梳齿4-1为例，其可分为两部分，其一为上梳齿阵列，其二为下梳齿阵列，上下两部分关于杠杆模块对称。所述的上梳齿阵列中又包含可动梳齿阵列与固定梳齿阵列，其中可动梳齿阵列与杠杆模块相连，作为轴向力传递的“媒介”，固定梳齿阵列与第二固支锚点7-2相连，所述的第二固支锚点7-2上溅射有第二金属电极层8-2。加速度计工作时，通过给第二金属电极层8-2通电，固定梳齿阵列给可动梳齿阵列一个向右的吸引力，由于可动梳齿阵列与杠杆模块相连，因此在杠杆中传递该吸引力，通过杠杆的作用给直梁一个轴向压力，这部分在后续杠杆与直梁模块细讲。其次，下梳齿阵列中也包含可动梳齿阵列与固定梳齿阵列，其中可动梳齿阵列同样与杠杆模块相连，固定梳齿阵列与第三固支锚点7-3相连，所述的第三固支锚点7-3上溅射有第三金属电极层8-3，通过给第三金属电极层8-3通电加力。其余的第二轴向力梳齿4-2、第三轴向力梳齿4-3、第四轴向力梳齿4-4与上述第一轴向力梳齿4-1结构相同，分布在敏感质量块的其余三个方位上，第四固支锚点7-4、第五固支锚点7-5、第七固支锚点7-7、第八固支锚点7-8、第九固支锚点7-9、第十固支锚点7-10的连接关系参考第二固支锚点7-2、第三固支锚点7-3；第四金属电极层
8-4、第五金属电极层8-5、第七金属电极层8-7、第八金属电极层8-8、第九金属电极层8-9、第十金属电极层8-10的连接关系参考第二金属电极层8-2、第三金属电极层8-3，此处不再赘述。
43.所述的梁模块包括连接敏感质量块1-1右侧的第一直梁5-1与连接敏感质量块1-1左侧的第二直梁5-2，所述的第一直梁5-1和第二直梁5-2各包含一对平行的上梁和下梁，以第一直梁5-1中的上梁为例，该梁左端与敏感质量块1-1相固接，梁右端与杠杆模块相连，在加速度计工作时，梁右端受到来自第一轴向力梳齿模块4-1的静电力，该静电力施加方式为压力，在该轴向压力作用下，梁本身的属性会发生变化，所表现出的变形刚度大大减小，轴向压力足够大时，梁能达到准零刚度。
44.所述的杠杆模块包括位于敏感质量块1-1右侧的第一杠杆6-1与位于敏感质量块1-1左侧的第二杠杆6-2，所述的第一杠杆6-1和第二杠杆6-2各包含一对对称布置的上杠杆和下杠杆，以第一杠杆模块6-1的上杠杆为例，其为由竖直段和水平段相连构成的l型结构，该竖直段下端连接第一直梁5-1的上梁的右端，第一轴向力梳齿4-1模块与水平段相连，l型结构的支点位于竖直段上，如位于敏感质量块右侧的第一杠杠支点9-1和位于敏感质量块左侧的第二杠杠支点9-2，且支点靠近竖直段的底部，一方面保证杠杆模块的动力臂长度大于阻力臂长度，另一方面，通过这样一个杠杆的作用，将第一轴向力梳齿模块4-1所产生的静电吸引力转化为直梁中的轴向压力。
45.所述的固支锚点模块包含若干固支锚点，金属电极层模块包含若干溅射在固支锚点上的金属电极层，固支锚点和金属电极层分布在各个模块中，结合图2所示，第一金属电极层作为驱动电极，第六金属电极层作为检测电极，其余八处金属电极层作为杠杆电极，所述的驱动电极、检测电极、杠杆电极接通电源，由电源供电。
46.综上所述，驱动力与位移均得到详细阐释，图4为直梁原始的力-位移区间关系图，图5为直梁在轴向压力作用下的力-位移关系图，图6为二者的对比，从图6可以看出，在轴向压力作用下直梁的刚度大大降低，敏感质量块移动相同距离时所需的驱动力远远小于未加轴向力时的驱动力，二者相差几个数量级，因此在同一张图上施加轴向力之后的力-位移曲线相较于未施加轴向力的力-位移曲线就像一条水平直线，大大降低了静电力所需的电压。
47.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计，其特征在于，包括：敏感质量块，其位于加速度计中心，敏感质量块两侧对称设有若干凹槽，每一个凹槽底部通过直梁连接杠杆模块的阻力臂；杠杆模块，其作为力的转化结构，用于将轴向力梳齿模块产生的静电力转化为连接敏感质量块的直梁端部的轴向压力，所述的杠杆模块的动力臂长度大于阻力臂长度；驱动及检测梳齿模块，其由第一梳齿模块和第二梳齿模块构成，分别位于敏感质量块的上下侧；轴向力梳齿模块，其包括固定梳齿阵列和与固定梳齿阵列相匹配的可动梳齿阵列，所述的固定梳齿阵列位于杠杆模块的动力臂上下侧，所述的可动梳齿阵列连接杠杆模块的动力臂。2.根据权利要求1所述的一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计，其特征在于，所述的敏感质量块的运动方向与直梁的长度方向垂直。3.根据权利要求1所述的一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计，其特征在于，所述的固定梳齿阵列与可动梳齿阵列中的梳齿宽度、直梁宽度均为2-5um，梳齿厚度、直梁厚度均为20-30um。4.根据权利要求1所述的一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计，其特征在于，所述的第一梳齿模块由固定在敏感质量块上端的第一移动梳齿阵列和位于第一移动梳齿阵列上侧的第一固定梳齿阵列构成，所述的第一固定梳齿阵列固定在位于敏感质量块上方的第一梳齿固支锚点上，所述的第一梳齿固支锚点溅射有金属电极层。5.根据权利要求1所述的一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计，其特征在于，所述的第二梳齿模块由固定在敏感质量块下端的第二移动梳齿阵列和位于第二移动梳齿阵列下侧的第二固定梳齿阵列构成，所述的第二固定梳齿阵列固定在位于敏感质量块下方的第二梳齿固支锚点上，所述的第二梳齿固支锚点溅射有金属电极层。6.根据权利要求1所述的一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计，其特征在于，所述的第一梳齿模块和第二梳齿模块分别作为驱动梳齿与检测梳齿，两者功能能够相互转换。7.根据权利要求1所述的一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计，其特征在于，所述的轴向力梳齿模块中的固定梳齿阵列连接杠杆模块动力臂上下侧的轴向力梳齿固支锚点，所述的轴向力梳齿固支锚点溅射有金属电极层。8.根据权利要求1所述的一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计，其特征在于，所述的轴向力梳齿模块数量为4，对称分布在敏感质量块的两侧，每一个轴向力梳齿模块中的固定梳齿阵列和与固定梳齿阵列相匹配的可动梳齿阵列等间距排列，相邻梳齿间距为10-15um，固定梳齿阵列和可动梳齿阵列相互交叉。9.根据权利要求1所述的一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计，其特征在于，所述的杠杆模块是由相连的竖直段和水平段构成的l型结构，所述的竖直段的自由端连接直梁，水平段连接轴向力梳齿模块，杠杆模块的支点位于竖直段上。10.根据权利要求9所述的一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度mems加速度计，其特征在于，所述的轴向力梳齿模块为垂直于杠杆模块水平段的等间距多层静电梳齿结构，且关于杠杆模块的水平段上下对称。

技术总结
本发明公开了一种基于杠杆式静电梳齿设计的准零刚度MEMS加速度计，属于准零刚度加速度计领域。包括敏感质量块、杠杆模块、驱动及检测梳齿模块、轴向力梳齿模块；敏感质量块通过直梁与杠杆模块的阻力臂相连；驱动及检测梳齿模块位于敏感质量块的上下侧；轴向力梳齿模块中的固定梳齿阵列固定，可动梳齿阵列连接杠杆模块的动力臂；杠杆模块为力的转化结构，用于将轴向力梳齿模块所产生的静电力转化为连接敏感质量块的直梁端部的轴向压力，杠杆模块的动力臂长度大于阻力臂长度。本发明在加速度计中利用杠杆的放大效果，将静电梳齿产生的力按比例放大施加在梁的自由端，大大降低了静电力所需的电压，解决了静电不能产生斥力的困扰。解决了静电不能产生斥力的困扰。解决了静电不能产生斥力的困扰。


技术研发人员：宦荣华 刘志强 施展 马泽军 黄志龙
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.08.15
技术公布日：2023/9/14