阅读说明：本技术 一种惯性传感器及其控制方法 (Inertial sensor and control method thereof ) 是由 汪建平 于 2019-10-23 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种惯性传感器及其控制方法,该惯性传感器包括传感器单元,该传感器单元包括可动质量块和衬底,可动质量块与衬底的第一表面相对,响应于在感测轴方向上的加速度而在感测轴方向上发生相应的位移,以及位于该表面上的检测电极和与检测电极隔离放置的辅助电极,前者根据,可动质量块的位置变化提供相应的检测信号,后者则提供相应的参考信号,还有处理电路,根据预设加速度下采集到的检测信号和参考信号获得并存储多个参考值,再根据参考值以及待测加速度下采集到的检测信号和参考信号确定待测加速度,由于该有效电容变化差值包含了因衬底形变造成的偏移误差,因此可减小惯性传感器的温度漂移,提高惯性传感器的精度。(The application discloses an inertial sensor and a control method thereof, the inertial sensor comprises a sensor unit, the sensor unit comprises a movable mass block and a substrate, the movable mass block is opposite to a first surface of the substrate, corresponding displacement is generated in the direction of a sensing axis in response to acceleration in the direction of the sensing axis, a detection electrode positioned on the surface and an auxiliary electrode which is arranged in a way of being isolated from the detection electrode, the movable mass block provides a corresponding detection signal according to the position change of the movable mass block, the auxiliary electrode provides a corresponding reference signal, a processing circuit obtains and stores a plurality of reference values according to the detection signal and the reference signal which are collected under preset acceleration, then the acceleration to be detected is determined according to the reference values and the detection signal and the reference signal which are collected under the acceleration to be detected, and the effective capacitance change difference value contains offset error caused by the deformation of the substrate, therefore, the temperature drift of the inertial sensor can be reduced, and the accuracy of the inertial sensor is improved.)

一种惯性传感器及其控制方法

技术领域

本发明涉及MEMS技术领域，更具体地涉及一种惯性传感器及其控制方法。

背景技术

采用表面工艺制作的微机电系统(Micro-Electro-Mechnic System，MEMS)惯性传感器是以硅片为基体，通过多次薄膜淀积和图形加工制备形成三维微机械结构。常用的薄膜层材料有：多晶硅、氮化硅、二氧化硅和金属。

加速度传感器是一种能够测量加速度的电子设备，是微机电系统(MEMS)惯性传感器常用器件之一，加速度传感器主要应用于位置感应、位移感应或者运动状态感应等方面。

惯性传感器主要由可动质量块、固定锚点、弹性结构和固定电极等组成。其中，弹性结构的一端与固定锚点相连，另一端与可动质量块相连，固定电极与可动质量块之间形成可变电容。当外部加速度作用在可动质量块上时会形成惯性力，该惯性力会使可动质量块产生位移量，通过感应固定电极与可动质量块之间的电容变化来检测位移变化量，即可确定外部加速度的大小。

MEMS惯性传感器的一个重要机械特性是温度漂移，在MEMS封装过程中，基板和衬底等材料的热膨胀系数不同，在焊接等温度变化过程中，MEMS衬底会发生相应的形变，该形变会影响固定电极与可动质量块之间的距离，从而改变固定电极与可动质量块之间的电容值，导致输出值产生漂移。

因此有必要对现有的惯性传感器进行改进以减小惯性传感器的温度漂移。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种惯性传感器及其控制方法，进一步提高惯性传感器的精度。

根据本发明的一方面，提供了一种惯性传感器，包括：传感器单元，所述传感器单元包括：可动质量块，所述可动质量块响应于在感测轴方向上的加速度而在所述感测轴方向上发生相应的位移；衬底，所述可动质量块与所述衬底的第一表面相对；位于所述第一表面上的检测电极，用于根据所述可动质量块的位置变化提供相应的检测信号；位于所述第一表面上的辅助电极，与所述检测电极隔离放置，用于根据所述可动质量块的位置变化提供相应的参考信号；以及处理电路，与所述传感器单元连接，用于根据预设加速度下采集到的所述检测信号和所述参考信号获得并存储多个参考值，并在根据所述参考值以及待测加速度下采集到的所述检测信号和所述参考信号确定所述待测加速度。

优选地，所述传感器单元还包括：中心锚点，固定于所述衬底的第一表面；所述可动质量块包括第一可动区和第二可动区，所述第一可动区和第二可动区分别从所述中心锚点的两侧与所述中心锚点弹性连接，所述检测电极包括第一检测电极和第二检测电极，分别与所述第一可动区和第二可动区形成第一检测电容和第二检测电容，所述检测信号表征所述第二检测电容与所述第一检测电容之间的差值，所述辅助电极包括第一辅助电极和第二辅助电极，分别与所述第一可动区和第二可动区形成第一参考电容和第二参考电容，所述参考信号用于表征所述第二参考电容与所述第一参考电容之间的差值，所述第一可动区与所述第一检测电极和所述第一辅助电极相对设置，所述第二可动区与所述第二检测电极和所述第二辅助电极相对设置。

优选地，所述第一辅助电极的对称轴与所述第一检测电极的对称轴重合，所述第二辅助电极的对称轴与所述第二检测电极的对称轴重合。

优选地，所述多个参考值至少包括第一参考值至第四参考值，所述处理电路被配置为在校准阶段执行以下操作：将所述预设加速度设置为零，将接收到的第一检测信号存储为所述第一参考值，并根据接收到的第一参考信号与所述第一检测信号的比值获得第二参考值；将所述预设加速度设置为非零的第一加速度，将接收到的所述参考信号和所述检测信号分别存储为第二参考信号和第二检测信号；将所述预设加速度设置为非零的第二加速度，将接收到的所述参考信号和所述检测信号分别存储为第三参考信号和第三检测信号；根据所述第二参考信号和所述第三参考信号获得第一加和值，根据所述第二检测信号和所述第三检测信号获得第二加和值，根据所述第一加和值、第二加和值以及所述第一参考值和所述第二参考值获得第三参考值；以及根据所述第二参考信号和所述第三参考信号之间的第一差值与所述第二检测信号和所述第三检测信号之间的第二差值获得第四参考值，其中，所述第一加速度与所述第二加速度的大小相等，方向相反。

优选地，所述第一参考值为：

K1＝C20-C10

其中，C20-C10为所述预设加速度为零时所述第二检测电容和所述第一检测电容之间的差值，所述第一参考值表征所述预设加速度为零时所述第二检测电容与所述第一检测电容之间的失配参数。

优选地，所述第二参考值为：

K2＝(C40-C30)/(C20-C10)

其中，C40-C30为所述预设加速度为零时所述第二参考电容和所述第一参考电容之间的差值，C20-C10为所述预设加速度为零时所述第二检测电容和所述第一检测电容之间的差值，所述第二参考值用于表征所述预设加速度为零时参考电容的失配参数与检测电容的失配参数之比。

优选地，所述第三参考值为：

K3＝[(C41-C31)/2+(C42-C32)/2+K1×K2]/[(C21-C11)/2+(C22-C12)/2+K1]

其中，C41-C31为所述预设加速度为所述第一加速度时第二参考电容和第一参考电容之间的差值，C21-C11为所述预设加速度为所述第一加速度时第二检测电容和第一检测电容之间的差值，C42-C32为所述预设加速度为所述第二加速度时第二参考电容和第一参考电容之间的差值，C22-C12为所述预设加速度为所述第二加速度时第二检测电容和第一检测电容之间的差值，K1为所述第一参考值，K2为所述第二参考值，所述第三参考值用于表征所述预设加速度为第一加速度时参考电容灵敏度偏离值和检测电容灵敏度偏离值之间的比值。

优选地，所述第四参考值为：

K4＝[(C41-C31)/2-(C42-C32)/2]/[(C21-C11)/2-(C22-C12)/2]

其中，C41-C31为所述预设加速度为所述第一加速度时第二参考电容和第一参考电容之间的差值，C21-C11为所述预设加速度为所述第一加速度时第二检测电容和第一检测电容之间的差值，C42-C32为所述预设加速度为所述第二加速度时第二参考电容和第一参考电容之间的差值，C22-C12为所述预设加速度为所述第二加速度时第二检测电容和第一检测电容之间的差值，所述第四参考值用于表征所述预设加速度为第二加速度时参考电容灵敏度和检测电容灵敏度之间的比值。

优选地，所述处理电路包括：采集模块，用于在不同加速度下获得相应的所述检测信号和所述参考信号；运算模块，根据相应所述检测信号和所述参考信号获得所述第一至第四参考值，并根据所述第一至第四参考值、所述待测加速度下采集到的第四检测信号和第四参考信号以及所述待测加速度对应的所述相关系数确定所述待测加速度下第二检测电容和第一检测电容之间的有效电容变化差值，并根据所述有效电容变化差值确定所述待测加速度。

优选地，所述运算模块根据以下公式确定所述相关系数：

其中，Pa为所述待测加速度下所述参考信号与所述检测信号之间的比值，Pg为所述第一加速度下所述参考信号与所述检测信号之间的比值，ΔCa_ref为所述待测加速度下所述参考电容的灵敏度偏离值，ΔCa_det为所述待测加速度下所述检测电容的灵敏度偏离值，K3为所述第三参考值。

优选地，所述运算模块根据以下公式确定所述待测加速度下第二检测电容和第一检测电容之间的有效电容变化差值：

ΔC2a-ΔC1a＝[Ka*K3*(C2a-C1a)-(C4a-C3a)-(Ka*K3-K2)*K1]/(Ka*K3-K4)

其中，ΔC2a-ΔC1a表示所述第二检测电容与第一检测电容之间的有效变化电容差值，K1-K4分别表示所述第一至第四参考值，Ka表示所述待测加速度对应的所述相关系数，C2a-C1a表示所述待测加速度下所述第二检测电容与第一检测电容之间的差值，C4a-C3a表示所述待测加速度下所述第二参考电容与第一参考电容之间的差值。

优选地，在所述惯性传感器的量程范围内，所述第四参考值为常量。

优选地，所述第一检测电极具有第一缺口区域且所述第一检测电极的对称轴位于所述第一缺口区域内，所述第一辅助电极设置于所述第一缺口区域内，所述第二检测电极具有第二缺口区域且所述第二检测电极的对称轴位于所述第二缺口区域内，所述第二辅助电极位于所述第二缺口区域内。

优选地，所述第一检测电极和所述第二检测电极为U形电极，所述第一辅助电极和所述第二辅助电极为条形电极。

优选地，所述第一检测电极和所述第一辅助电极形成形状匹配的梳齿电极结构，以及所述第二检测电极和所述第二辅助电极形成形状匹配的梳齿电极结构。

优选地，所述第一检测电极和所述第一辅助电极的面积比为1:1～3:1，以及所述第二检测电极和所述第二辅助电极的面积比为1:1～3:1。

根据本发明的另一方面，提供了一种惯性传感器的控制方法，所述惯性传感器包括传感器单元，所述传感器单元包括可动质量块以及位于衬底第一表面上且相互隔离放置的检测电极和辅助电极，所述可动质量块与所述检测电极和所述辅助电极相对设置，其中，所述控制方法包括：在预设加速度下采集所述检测电极提供的检测信号以及所述辅助电极提供的参考信号，所述检测信号由所述检测电极根据所述可动质量块的位置变化提供，所述参考信号由所述辅助电极根据所述可动质量块的位置变化提供；根据所述预设加速度下采集到的所述检测信号和所述参考信号获得并存储多个参考值；以及在待测加速度下采集所述检测信号和所述参考信号，并根据所述参考值以及所述待测加速度下采集到的所述检测信号和所述参考信号确定所述待测加速度。

优选地，所述可动质量块包括第一可动区和第二可动区，所述第一可动区和所述第二可动区从所述传感器单元的中心锚点的两侧与所述中心锚点弹性连接，所述检测电极包括第一检测电极和第二检测电极，分别与所述第一可动区和所述第二可动区形成第一检测电容和第二检测电容，所述检测信号表征所述第二检测电容与所述第一检测电容之间的差值，所述辅助电极包括第一辅助电极和第二辅助电极，分别与所述第一可动区和所述第二可动区形成第一参考电容和第二参考电容，所述参考信号用于表征所述第二参考电容与所述第一参考电容之间的差值，所述第一可动区与所述第一检测电极和所述第一辅助电极相对设置，所述第二可动区与所述第二检测电极和所述第二辅助电极相对设置。

优选地，所述根据所述预设加速度下采集到的所述检测信号和所述参考信号获得并存储参考值的步骤包括：将所述预设加速度设置为零，将接收到的第一检测信号存储为所述第一参考值，并根据接收到的第一参考信号与所述第一检测信号的比值获得第二参考值；将所述预设加速度设置为非零的第一加速度，将接收到的所述参考信号和所述检测信号分别存储为第二参考信号和第二检测信号；将所述预设加速度设置为非零的第二加速度，将接收到的所述参考信号和所述检测信号分别存储为第三参考信号和第三检测信号；根据所述第二参考信号和所述第三参考信号获得第一加和值，根据所述第二检测信号和所述第三检测信号获得第二加和值，根据所述第一加和值、第二加和值以及所述第一参考值和所述第二参考值获得第三参考值；以及根据所述第二参考信号和所述第三参考信号之间的第一差值与所述第二检测信号和所述第三检测信号之间的第二差值获得第四参考值，其中，所述第一加速度与所述第二加速度的大小相等，方向相反。

优选地，所述第一参考值为：

K1＝C20-C10

其中，C20-C10为所述预设加速度为零时第二检测电容和第一检测电容之间的差值，所述第一参考值用于表征所述预设加速度为零时所述第二检测电容与所述第一检测电容之间的失配参数。

优选地，所述第二参考值为：

K2＝(C40-C30)/(C20-C10)

其中，C40-C30为所述预设加速度为零时第二参考电容和第一参考电容之间的差值，C20-C10为所述预设加速度为零时第二检测电容和第一检测电容之间的差值，所述第二参考值用于表征所述预设加速度为零时所述参考电容的失配参数与检测电容的失配参数之比。

优选地，所述第三参考值为：

K3＝[(C41-C31)/2+(C42-C32)/2+K1×K2]/[(C21-C11)/2+(C22-C12)/2+K1]

其中，C41-C31为所述预设加速度为所述第一加速度时第二参考电容和第一参考电容之间的差值，C21-C11为所述预设加速度为所述第一加速度时第二检测电容和第一检测电容之间的差值，C42-C32为所述预设加速度为所述第二加速度时第二参考电容和第一参考电容之间的差值，C22-C12为所述预设加速度为所述第二加速度时第二检测电容和第一检测电容之间的差值，所述第三参考值用于表征所述预设加速度为第一加速度时参考电容灵敏度偏离值和检测电容灵敏度偏离值之间的比值。

优选地，所述第四参考值为：

K4＝[(C41-C31)/2-(C42-C32)/2]/[(C21-C11)/2-(C22-C12)/2]

其中，C41-C31为所述预设加速度为所述第一加速度时第二参考电容和第一参考电容之间的差值，C21-C11为所述预设加速度为所述第一加速度时第二检测电容和第一检测电容之间的差值，C42-C32为所述预设加速度为所述第二加速度时第二参考电容和第一参考电容之间的差值，C22-C12为所述预设加速度为所述第二加速度时第二检测电容和第一检测电容之间的差值，所述第四参考值用于表征所述预设加速度为第二加速度时参考电容灵敏度和检测电容灵敏度之间的比值。

优选地，根据所述参考值以及所述待测加速度下采集到的所述检测信号和所述参考信号确定所述待测加速度的步骤包括：将所述待测加速度下采集到的所述检测信号和所述参考信号分别存储为第四检测信号和第四参考信号；根据所述第三参考值以及所述第四检测信号和所述第四参考信号确定所述待测加速度对应的所述相关系数；根据所述第一至第四参考值、所述第四检测信号、所述第四参考信号以及所述相关系数确定所述待测加速度下的第二检测电容和第一检测电容之间的有效电容变化差值；以及根据所述有效电容变化差值确定所述当前加速度。

优选地，根据以下公式确定所述相关系数：

其中，Pa代表所述待测加速度下所述参考信号与所述检测信号之间的比值，Pg代表所述第一加速度下所述参考信号与所述检测信号之间的比值，ΔCa_ref代表所述待测加速度下所述参考电容的灵敏度偏离值，ΔCa_det代表所述待测加速度下所述检测电容的灵敏度偏离值，K3为所述第三参考值。

优选地，根据以下公式确定所述待测加速度下第二检测电容和第一检测电容之间的有效电容变化差值：

ΔC2a-ΔC1a＝[Ka*K3*(C2a-C1a)-(C4a-C3a)-(Ka*K3-K2)*K1]/(Ka*K3-K4)

其中，ΔC2a-ΔC1a表示所述第二检测电容与第一检测电容之间的有效变化电容差值，K1-K4表示所述第一至第四参考值，Ka表示所述待测加速度对应的所述相关系数，C2a-C1a表示所述待测加速度下第二检测电容与第一检测电容之间的差值，C4a-C3a表示所述待测加速度下第二参考电容与第一参考电容之间的差值。

优选地，在所述惯性传感器的量程范围内，所述第四参考值为常量。

本发明实施例的惯性传感器及其控制方法具有以下有益效果。

惯性传感器包括可动质量块，以及位于衬底上的检测电极和辅助电极，检测电极用于根据可动质量块的位置变化提供相应的检测信号，辅助电极与检测电极隔离，用于根据可动质量块的位置变化提供相应的参考信号。其中，惯性传感器还包括处理电路，用于在校准阶段根据检测电极和辅助电极获得在不同预设加速度下的检测信号和参考信号，并根据检测信号和参考信号得到与温度漂移误差相关联的多个参考值，然后在测试阶段根据多个参考值以及待测加速度下采集到的检测信号和参考信号确定有效电容变化差值，再根据该有效电容变化差值得到该待测加速度。由于该有效电容变化差值包含了因衬底形变造成的偏移误差，因此可减小惯性传感器的温度漂移，提高惯性传感器的精度。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据本发明实施例的惯性传感器的结构示意图；

图2示出根据本发明实施例的处理电路的结构示意图；

图3示出根据本发明第一实施例的传感器单元沿Y方向的截面示意图；

图4示出根据本发明第一实施例的传感器单元的俯视图；

图5示出根据本发明第二实施例的传感器单元沿Y方向的截面示意图；

图6示出根据本发明第二实施例的传感器单元的俯视图；

图7示出根据本发明实施例的惯性传感器的控制方法的流程示意图；

图8示出根据本发明第一实施例的传感器单元在受到Z轴方向的加速度时的一种系统示意图；

图9示出根据本发明第一实施例的传感器单元在受到Z轴方向的加速度时的另一种系统示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

图1示出根据本发明实施例的惯性传感器的结构示意图。需要说明的是，虽然在图1中示出了特定的结构，但是应当理解，传感器、处理电路、存储器以及其他电路的任意合适的组合也可以根据需要用于不同的应用和系统。

在本发明的示例性实施例中，微机电系统(MEMS)惯性传感器包括采用半导体处理技术形成的传感器单元10以及处理电路20。

传感器单元10可包括衬底、锚点、可动质量块以及连接锚点与可动质量块的弹性元件，可动质量块响应于沿感测轴方向的加速度而绕锚点做“跷跷板运动”。

进一步的，图3和图4分别示出根据本发明第一实施例的传感器单元沿Y方向的截面示意图和俯视图，如图所示，本实施例的传感器单元10包括衬底11、检测电极12、可动质量块13、辅助电极14、中心锚点15以及弹性元件16。其中衬底11包括与可动质量块13相对的第一表面，且所述检测电极12、辅助电极14以及中心锚点15设置于所述衬底11的该表面上。

为了便于描述，在本发明实施例中将弹性元件16的延伸方向记为Y轴方向，与Y轴方向垂直且位于可动质量块13所在平面的方向记为X轴方向，垂直于可动质量块所在平面的方向记为Z轴方向。

中心锚点15用于将可动质量块13支撑在衬底11的上方。具体地，中心锚点15通过弹性元件16连接在可动质量块13的侧壁上，以使得可动质量块13浮置于衬底11上方，且弹性元件16的延伸方向与中心锚点15的延伸方向一致。弹性元件16可以是弹片或者弹簧或与其等效的构件。其中，可动质量块13与衬底11的连接方式属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。

传感器单元10中所述检测电极12在所述加速度的方向上与可动质量块13相邻，可根据所述可动质量块13的移动提供相应的检测信号Se。进一步的，检测电极12与可动质量块13形成检测电容，检测电容的电容值根据检测电极12与可动质量块13之间的距离而变化，而检测电极12与可动质量块13之间的距离随着加速度的变化而变化，因此可以基于所述检测电容的电容值变化而检测感测轴上的加速度。

微机电惯性传感器的一个重要机械特性是温度漂移，由于基板和衬底等材料的热膨胀系数不同，因此衬底在MEMS封装过程中会因焊接等温度变化过程发生相应的形变，该形变会影响检测电极与可动质量块之间的距离，从而改变检测电极与可动质量块之间的电容值，导致输出值产生漂移。

为了解决上述的技术问题，本发明实施例还包括辅助电极14，该辅助电极14用于根据所述可动质量块13的移动提供相应的参考信号Sa。进一步的，每个辅助电极14与可动质量块13形成参考电容，该参考电容的电容值随着辅助电极14与可动质量块13之间的距离而变化。

继续参考图1，处理电路20在校准阶段根据预设加速度下采集到的检测信号Se和参考信号Sa获得并存储参考值，并在测试阶段根据所述参考值以及待测加速度下采集到的检测信号Se和参考信号Sa确定所述待测加速度a。

进一步的，处理电路20在预设加速度为零时将接收到的检测信号和参考信号分别存储为第一检测信号Se1和第一参考信号Sa1，并将第一检测信号Se1存储为第一参考值K1，根据接收到的第一参考信号Sa1与第一检测信号Se1的比值获得第二参考值K2。在预设加速度为非零的第一加速度时，将接收到的参考信号和检测信号分别存储为第二参考信号Sa2和第二检测信号Se2，在预设加速度为非零的第二加速度时，将接收到的参考信号和检测信号分别存储为第三参考信号Sa3和第三检测信号Se3，根据第二参考信号Sa2和第三参考信号Sa3之间的第一加和值、第二检测信号Se2和第三检测信号Se3之间的第二加和值以及第一参考值K1和第二参考值K2获得第三参考值K3，以及根据第二参考信号Sa2和第三参考信号Sa3之间的第一差值与第二检测信号Se2和第三检测信号Se3之间的第二差值获得第四参考值K4。最终根据第一至第四参考值K1～K4、待测加速度下采集到的第四检测信号Se4和第四参考信号Sa4以及所述待测加速度对应的相关系数确定待测加速度下的有效电容变化差值，并根据所述有效电容变化差值确定所述待测加速度a，其中，第一加速度和第二加速度的大小相等，方向相反。

处理电路20可以包括一个或多个模块，用于基于传感器单元10的输出信号提供必要的信号处理。在一些实施例中，处理电路20可以包括硬件控制逻辑，该硬件控制逻辑可以集成于传感器单元10的芯片内，用于控制传感器单元10的操作并针对传感器单元10的输出信号执行各方面的处理。在一些实施例中，惯性传感器还包括存储器30，存储器30用于存储所述处理电路20输出的各种参考值。在另一些实施例中，处理电路20还可以包括处理器(例如微处理器)，该处理器执行例如存储于存储器30中的软件指令。该微处理器可以通过与硬件控制逻辑交互来控制传感器单元10的操作，并且处理来自传感器单元10的测量信号。

参照图2，作为一个非限制性的例子，处理电路20包括采集模块201和运算模块202。采集模块201用于在不同加速度下获得相应的检测信号Se和参考信号Sa。运算模块202用于根据不同加速度下的检测信号Se和参考信号Sa获得第一至第四参考值K1-K4，并输出存储到存储器30，以及根据第一至第四参考值K1～K4、所述待测加速度下采集到的检测信号Se和参考信号Sa以及所述待测加速度对应的所述相关系数确定所述待测加速度下的有效电容变化差值，并根据所述有效电容变化差值确定待测加速度a。

进一步的，参考图3和图4，为了检测Z轴方向的加速度，衬底11与可动质量块13相对的表面上设置有检测电极12，检测电极12可根据可动质量块13的位置变化提供相应的检测信号。进一步的，检测电极12与可动质量块13形成差分电容结构，通过检测电容的电容值变化可以得到Z轴方向的加速度。具体地，可动质量块13至少包括第一可动区131和第二可动区132，第一可动区131和第二可动区132在加速度的作用下绕中心锚点15做“跷跷板运动”。检测电极12包括与第一可动区131相对的第一检测电极121和与第二可动区132相对的第二检测电极122。第一检测电极121和第一可动区131形成第一检测电容，第二检测电极122和第二可动区132形成第二检测电容，检测信号可用于表征所述第二检测电容与所述第一检测电容之间的差值。

此外，衬底11上还设置有辅助电极14，辅助电极14可根据可动质量块13的位置变化提供相应的参考信号。进一步的，辅助电极14与可动质量块13形成差分电容结构。具体的，辅助电极14至少包括与第一可动区131相对的第一辅助电极141和与第二可动区132相对的第二辅助电极142，第一辅助电极141和第一可动区131形成第一参考电容，第二辅助电极142和第二可动区132形成第二参考电容，参考信号可用于表征第二参考电容与第一参考电容之间的差值。

其中，第一检测电极121、第二检测电极122、第一辅助电极141以及第二辅助电极142可以采用本领域技术人员熟知的电容极板结构。

进一步的，第一检测电极121和第一辅助电极141在俯视方向上的投影面积比为1:1～3:1，以及第二检测电极122和第二辅助电极142在俯视方向上的投影面积比为1:1～3:1。

进一步的，第一辅助电极141与所述第一检测电极121的对称轴重合，所述第二辅助电极142与所述第二检测电极122的对称轴重合，使得惯性传感器在外部加速度为加速度a和第一加速度(或第二加速度)下的参考电容的差值与检测电容的差值的比值，和参考灵敏度偏离值与检测灵敏度偏离值的比值为等比的，据此可以得到：

其中，Pa代表外部加速度为a下参考信号与检测信号之间的比值，Pg代表第一加速度下参考信号与检测信号之间的比值，ΔCa_ref代表所述待测加速度a下所述参考电容的灵敏度偏离值，ΔCa_det代表所述待测加速度下所述检测电容的灵敏度偏离值，K3为第三参考值，表征所述待测加速度下所述参考电容与所述检测电容的灵敏度偏离值之比，Ka为外部加速度为加速度a时的相关系数，表示外部加速度为a下参考信号与检测信号之间的比值和外部加速度为第一加速度下参考信号与检测信号之间的比值之间的比例系数。

进一步的，第一检测电极121、第二检测电极122、第一辅助电极141和第二辅助电极142可以为任何形状的电极结构。更进一步的，第一检测电极121和第二检测电极122为异形电极，所述第一检测电极121具有第一缺口区域，且所述第一检测电极121的中心位于所述第一缺口区域内，所述第一辅助电极141设置于所述第一缺口区域内；所述第二检测电极122具有第二缺口区域且所述第二检测电极122的中心位于所述第二缺口区域内，所述第二辅助电极142位于所述第二缺口区域内。如图4所示，在本实施例中，第一检测电极121和第二检测电极122都为U形电极，第一辅助电极141和第二辅助电极142都为条形电极，且第一辅助电极141和第二辅助电极142分别位于第一检测电极121和第二检测电极122的U形缺口区域中，即第一辅助电极141与第一检测电极121，以及第二辅助电极142与第二检测电极122沿X轴方向上交错分布。

在一些实施例中，第一检测电极121和第二检测电极122的结构相同，第一辅助电极141和第二辅助电极142的结构相同。

在另外一些实施例中，第一检测电极121和第二检测电极122关于中心锚点15的中线对称设置；类似的，第一辅助电极141和第二辅助电极142关于中心锚点15的中线对称设置。

此外，以弹性元件16为界，可动质量块13两侧的质量不相等，也就是说，可动质量块13在X轴方向上位于弹性元件16两侧的第一可动区131和第二可动区132的质量不相等，以保证在Z轴方向加速度存在时，可动质量块13可以形成“跷跷板”效应。

在本发明的一个具体的实施例中，如图3和图4所示，第一可动区131和第二可动区132的面积不相等，因而其对应的质量不同。示例的，第一可动区131的面积大于第二可动区132的面积，因此当存在Z轴方向上的加速度时，第一可动区131和第二可动区132绕与其连接的弹性元件做“跷跷板运动”。

在本发明的另外一些的实施例中，第一可动区131和第二可动区132的面积相等，因此为了使得第一可动区131和第二可动区132的质量不相等，在第一可动区131和第二可动区132的至少一个上设有减重孔，该减重孔可以为多个，成阵列分布。该减重孔可以为通孔，在制作时通过刻蚀的方法形成；也可以是盲孔，可通过增加一层掩膜的方式进行刻蚀。在另一实施例中，也可以通过在第一可动区131和第二可动区132的至少一个上增加配重块，使得第一可动区131和第二可动区132的质量不相等。

需要说明的是，本实施例的可动质量块上的减重孔和配重块的形状、数量以及组合关系不以此为限制，本领域技术人员可以根据具体情况选择质量块上减重孔的数量。

图5和图6分别示出根据本发明第二实施例的传感器单元沿Y方向的截面示意图和俯视图。

同样的，本实施例的传感器单元包括衬底21、检测电极22、可动质量块23、辅助电极24、中心锚点25以及弹性元件26。

中心锚点25用于将可动质量块23支撑在衬底21的上方。具体地，中心锚点25通过弹性元件26连接在可动质量块23的侧壁上，以使得可动质量块23浮置于衬底21上方，且弹性元件26的延伸方向与中心锚点25的延伸方向一致。弹性元件26可以是弹片或者弹簧或与其等效的构件。其中，可动质量块与衬底的连接方式属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。

为了检测Z轴方向的加速度，衬底21上设置有检测电极22，检测电极22与可动质量块23形成差分电容结构，通过检测电容的电容值变化可以得到Z轴方向的加速度。具体地，检测电极22至少包括与第一可动区231相对的第一检测电极221和与第二可动区232相对的第二检测电极222。第一检测电极221和第一可动区231形成第一检测电容，第二检测电极222和第二可动区232形成第二检测电容。此外，衬底21上还设置有第一辅助电极241和第二辅助电极242，第一辅助电极241和第一可动区231形成第一参考电容，第二辅助电极242和第二可动区232形成第二参考电容。

同样的，检测电极22可根据可动质量块23的移动提供相应的检测信号，所述检测信号可用于表征第二检测电容与第一检测电容之间的差值，以及辅助电极24可根据可动质量块23的移动提供相应的参考信号，所述参考信号可用于表征第二参考电容与第一参考电容之间的差值。

第二实施例中的传感器与第一实施例中的传感器大致相同，不同之处在于，在第二实施例中，第一检测电极221和第一辅助电极241形成梳齿电极结构，第二检测电极222和第二辅助电极242形成梳齿电极结构。同样的，第一检测电极221和第一辅助电极241的面积比为1:1～3:1，以及第二检测电极222和第二辅助电极242的面积比为1:1～3:1。

图7示出根据本发明实施例的惯性传感器的控制方法的流程示意图。图8和图9分别示出本发明实施例的传感器单元在受到Z轴方向的加速度时的结构示意图，为了方便说明，在图8和图9中以第一实施例的传感器单元为例进行说明。

以下参照图7至图9对本实施例的惯性传感器的控制方法进行详细的说明。如图7所示，该惯性传感器的控制方法包括步骤S110至步骤S140。

在步骤S110中，将预设加速度设置为零，将接收到的检测信号存储为第一参考值，以及根据此时的参考信号和检测信号的比值得到第二参考值。

具体的，当外部加速度为零时，处理电路根据此时的第一检测电容、第二检测电容、第一参考电容以及第二参考电容的电容值得到此时的第一检测信号Se1和第一参考信号Sa1，并将第一检测信号Se1存储为第一参考值K1。其中，第一参考值K1用于表征外部加速度为零时第二检测电容与第一检测电容之间的失配参数。具体地，第一参考值K1为：

K1＝ΔC2-ΔC1

此外，处理电路还用于根据此时的第一检测信号Se1和第一参考信号Sa1得到第二参考值K2。其中，第二参考值K2用于表征外部加速度为零时参考电容的失配参数与检测电容的失配参数之比。具体的，第二参考值K2为：

K2＝(ΔC4-ΔC3)/(ΔC2-ΔC1)

其中，ΔC4-ΔC3表示参考电容的失配参数，ΔC2-ΔC1表示检测电容的失配参数。进一步的，ΔC1表示因形变而造成的第一检测电极与第一可动区之间的附加电容，ΔC2表示因形变而造成的第二检测电极与第二可动区之间的附加电容，ΔC3表示因形变而造成的第一辅助电极与第一可动区之间的附加电容，ΔC4表示因形变而造成的第二辅助电极与第二可动区之间的附加电容。

此外，在本实施例中，当外部加速度为零时，第一检测电容的电容值等于第一检测电容的理想电容值与第一检测电极和第一可动区之间因形变引起的附加电容之和，因此可以得到当外部加速度为零时，第一检测电容的电容值等于：

C10＝C1+ΔC1

其中，C10表示外部加速度为零时第一检测电容的电容值，C1表示第一检测电容的理想电容值，也即衬底没有发生形变下外部加速度为零时第一检测电容的电容值。

类似的，可以分别得到第二检测电容的电容值等于：

C20＝C2+ΔC2

其中，C20表示外部加速度为零时第二检测电容的电容值，C2表示第二检测电容的理想电容值，也即衬底没有发生形变下外部加速度为零时第二检测电容的电容值。

第一参考电容的电容值等于：

C30＝C3+ΔC3

其中，C30表示外部加速度为零时第一参考电容的电容值，C3表示第一参考电容的理想电容值，也即衬底没有发生形变下外部加速度为零时第一参考电容的电容值。

第二参考电容的电容值等于：

C40＝C4+ΔC4

其中，C40表示外部加速度为零时第二参考电容的电容值，C4表示第二参考电容的理想电容值，也即衬底没有发生形变下外部加速度为零时第二参考电容的电容值。

在本实施例中，衬底没有发生形变的情况下外部加速度为零时第一检测电容的理想电容值等于第二检测电容的理想电容值，第一参考电容的理想电容值等于第二参考电容的理想电容值，因此根据上式可以得到第一参考值和第二参考值分别为：

K1＝C20-C10

K2＝(C40-C30)/(C20-C10)

其中，C40-C30为第一参考信号Sa1，表征外部加速度为零时第二参考电容和第一参考电容之间的差值。C20-C10为第一检测信号Se1，表征外部加速度为零时第二检测电容和第一检测电容之间的差值。

在步骤S120中，将预设加速度设置为第一加速度和第二加速度，根据此时的参考信号和检测信号得到第三参考值和第四参考值。其中，第一加速度和第二加速度大小相等，方向相反。

具体的，如图8所示，当有沿Z轴向下的第一加速度+g存在时，由于第一可动区131和第二可动区132的重量不相等，则第一可动区131和衬底11之间的距离减小，第二可动区132和衬底11之间的距离增大，从而使得第一检测电容和第二检测电容形成差分电容结构，以及使得第一参考电容和第二参考电容形成差分电容结构。

如图9所示，当有沿Z轴向上的第二加速度-g存在时，由于第一可动区131和第二可动区132的重量不相等，则第一可动区131和衬底11之间的距离增大，第二可动区132和衬底11之间的距离减小，从而使得第一检测电容和第二检测电容形成差分电容结构，以及使得第一参考电容和第二参考电容形成差分电容结构。

处理电路将加速度为第一加速度+g时接收到的所述参考信号和所述检测信号分别存储为第二参考信号Sa2和第二检测信号Se2，将第二加速度-g时接收到的所述参考信号和所述检测信号分别存储为第三参考信号Sa3和第三检测信号Se3。并得到第二参考信号Sa2和第三参考信号Sa3之间的第一加和值、第二检测信号Se2和第三检测信号Se3之间的第二加和值，然后根据第一加和值、第二加和值、以及第一参考值K1和第二参考值K2获得第三参考值K3，以及根据第二参考信号Sa2和第三参考信号Sa3之间的第一差值与第二检测信号Se2和第三检测信号Se3之间的第二差值获得第四参考值K4。

其中，所述第三参考值K3用于表征外部加速度为加速度g(包括第一加速度+g和第二加速度-g)时参考电容灵敏度偏离值和检测电容灵敏度偏离值之间的比值。具体的，第三参考值为：

K3＝(ΔC4g0-ΔC3g0)/(ΔC2g0-ΔC1g0)

其中，ΔC4g0-ΔC3g0表示参考电容灵敏度偏离值，ΔC2g0-ΔC1g0表示检测电容灵敏度偏离值。进一步的，ΔC1g0表示加速度g下因形变而造成的第一检测电极与第一可动区之间的附加电容，ΔC2g0表示加速度g下因形变而造成的第二检测电极与第二可动区之间的附加电容，ΔC3g0表示加速度g下因形变而造成的第一辅助电极与第一可动区之间的附加电容，ΔC4g0表示加速度g下因形变而造成的第二辅助电极与第二可动区之间的附加电容。

所述第四参考值K4用于表征外部加速度为加速度g(包括第一加速度+g和第二加速度-g)时参考电容灵敏度和检测电容灵敏度之间的比值。具体地，第四参考值K4为：

K4＝(ΔC4g-ΔC3g)/(ΔC2g-ΔC1g)

其中，ΔC4g-ΔC3g表示参考电容灵敏度，ΔC2g-ΔC1g表示检测电容灵敏度。进一步的，ΔC1g表示第一检测电极与第一可动区之间因加速度g引起的有效变化电容，ΔC2g表示第二检测电极与第二可动区之间因加速度g引起的有效变化电容，ΔC3g表示第一辅助电极与第一可动区之间因加速度g引起的有效变化电容，ΔC4g表示第二辅助电极与第二可动区之间因加速度-g引起的有效变化电容。

此外，在本实施例中，当外部加速度为g(包括第一加速度+g和第二加速度-g)时，第一检测电容的电容值等于：

C11＝C10+ΔC1g0+ΔC1g

C12＝C10+ΔC1g0-ΔC1g

其中，C11表示外部加速度为第一加速度+g时第一检测电容的电容值，C12表示外部加速度为第二加速度-g时第一检测电容的电容值。

类似的，可以分别得到第二检测电容的电容值等于：

C21＝C20+ΔC2g0+ΔC2g

C22＝C10+ΔC2g0-ΔC2g

其中，C21表示外部加速度为第一加速度+g时第二检测电容的电容值，C22表示外部加速度为第二加速度-g时第二检测电容的电容值。

第一参考电容的电容值等于：

C31＝C30+ΔC3g0+ΔC3g

C32＝C30+ΔC3g0-ΔC3g

其中，C31表示外部加速度为第一加速度+g时第一参考电容的电容值，C32表示外部加速度为第二加速度-g时第一参考电容的电容值。

第二参考电容的电容值等于：

C41＝C40+ΔC4g0+ΔC4g

C42＝C40+ΔC4g0-ΔC4g

其中，C41表示外部加速度为第一加速度+g时第二参考电容的电容值，C42表示外部加速度为第二加速度-g时第二参考电容的电容值。

因此根据上式可以得到第三参考值为：

K3＝[(C41-C31)/2+(C42-C32)/2-(ΔC4-ΔC3)]/[(C21-C11)/2+(C22-C12)/2+(ΔC2-ΔC1)]

又由于：

K1＝ΔC2-ΔC1＝C20-C10

K2＝(ΔC4-ΔC3)/(ΔC2-ΔC1)＝(C40-C30)/(C20-C10)

则，第三参考值为：

K3＝[(C41-C31)/2+(C42-C32)/2-K1×K2]/[(C21-C11)/2+(C22-C12)/2+K1]

第四参考值为：

K4＝[(C41-C31)/2-(C42-C32)/2]/[(C21-C11)/2-(C22-C12)/2]

其中，C41-C31为第二参考信号Sa2，表征外部加速度为第一加速度+g时第二参考电容和第一参考电容之间的差值，C21-C11为第二检测信号Se2，表征外部加速度为第一加速度+g时第二检测电容和第一检测电容之间的差值。C42-C32为第三参考信号Sa3，表征外部加速度为第二加速度-g时第二参考电容和第一参考电容之间的差值，C22-C12为第三检测信号Se3，表征外部加速度为第二加速度-g时第二检测电容和第一检测电容之间的差值。(C41-C31)/2+(C42-C32)/2为所述第二参考信号Sa2与所述第三参考信号Sa3的第一加和值，(C21-C11)/2+(C22-C12)/2为所述第二检测信号Se2和所述第三检测信号Se3的第二加和值。(C41-C31)/2-(C42-C32)/2为所述第二参考信号Sa2和所述第三参考信号Sa4的第一差值，(C21-C11)/2-(C22-C12)/2为所述第二检测信号Se2和所述第三检测信号Se3的第二差值。

进一步的，所述惯性传感器的控制方法还包括将得到的第一至第四参考值K1-K4存储至存储器中，以便于在后续的测试过程中调取第一至第四参考值K1-K4。

在步骤S130中，在外部加速度为任意加速度下对惯性传感器进行测试，获得当前的检测信号和参考信号，并根据检测信号和参考信号得到当前加速度下的相关系数。

具体的，当外部加速度为加速度a时，处理电路根据此时的第一检测电容、第二检测电容、第一参考电容以及第二参考电容的电容值得到当前的第四检测信号Se4和第四参考信号Sa4，并根据第四检测信号Se4和第四参考信号Sa4得到当前加速度下的相关系数Ka。

在本实施例中，当外部加速度为加速度a时，第一检测电容的电容值等于：

C1a＝C1+ΔC1+ΔC1a0+ΔC1a

其中，C1a表示外部加速度为加速度a时第一检测电容的电容值，C1表示第一检测电容的理想电容值，ΔC1表示零加速度下因形变而造成的第一检测电极与第一可动区之间的附加电容，ΔC1a0表示加速度a下因形变而造成的第一检测电极与第一可动区之间的附加电容，ΔC1a表示第一检测电极与第一可动区之间因加速度a引起的有效变化电容。

类似的，可以分别得到第二检测电容的电容值等于：

C2a＝C2+ΔC2+ΔC2a0+ΔC2a

其中，C2a表示外部加速度为加速度a时第二检测电容的电容值，C2表示第二检测电容的理想电容值，ΔC2表示零加速度下因形变而造成的第二检测电极与第二可动区之间的附加电容，ΔC2a0表示加速度a下因形变而造成的第二检测电极与第二可动区之间的附加电容，ΔC2a表示第二检测电极与第二可动区之间因加速度a引起的有效变化电容。

第一参考电容的电容值等于：

C3a＝C3+ΔC3+ΔC3a0+ΔC3a

其中，C3a表示外部加速度为加速度a时第一参考电容的电容值，C3表示第三检测电容的理想电容值，ΔC3表示零加速度下因形变而造成的第一辅助电极与第一可动区之间的附加电容，ΔC3a0表示加速度a下因形变而造成的第一辅助电极与第一可动区之间的附加电容，ΔC3a表示第一辅助电极与第一可动区之间因加速度a引起的有效变化电容。

第二参考电容的电容值等于：

C4a＝C4+ΔC4+ΔC4a0+ΔC4a

其中，C4a表示外部加速度为加速度a时第二参考电容的电容值，C4表示第四检测电容的理想电容值，ΔC4表示零加速度下因形变而造成的第二辅助电极与第二可动区之间的附加电容，ΔC4a0表示加速度a下因形变而造成的第二辅助电极与第二可动区之间的附加电容，ΔC4a表示第二辅助电极与第二可动区之间因加速度a引起的有效变化电容。

在本实施例中，衬底没有发生形变的情况下外部加速度为零时第一检测电容等于第二检测电容，第一参考电容等于第二参考电容。因此可以得到第二检测电容与第一检测电容之间的有效变化电容差值为：

ΔC2a-ΔC1a＝(C2a-C1a)-(ΔC2-ΔC1)-(ΔC2a0-ΔC1a0)

第二参考电容与第一参考电容之间的有效变化电容差值为：

ΔC4a-ΔC3a＝(C4a-C3a)-(ΔC4-ΔC3)-(ΔC4a0-ΔC3a0)

由于惯性传感器的灵敏度在正常量程范围内是线性变化的，所以在不同加速度下惯性传感器的参考灵敏度和检测灵敏度之间的比值是常量，因此可以得到：

此外，由于第一辅助电极所在区域的中心位置与第一检测电极121所在区域的中心位置重合，所述第二辅助电极所在区域的中心位置与所述第二检测电极所在区域的中心位置重合，因此惯性传感器在外部加速度为加速度a和加速度g下的参考电容的差值与检测电容的差值的比值，以及参考灵敏度偏离值与检测灵敏度偏离值的比值为等比关系。因此可以得到相关系数Ka为：

其中，C41-C31为第二参考信号Sa2，表征外部加速度为第一加速度+g时第二参考电容和第一参考电容之间的差值，C21-C11为第二检测信号Se2，表征外部加速度为第一加速度+g时第二检测电容和第一检测电容之间的差值。C4a-C3a为第四参考信号Sa4，表征外部加速度为加速度a时第二参考电容和第一参考电容之间的差值，C2a-C1a为第四检测信号Se4，表征外部加速度为加速度a时第二检测电容和第一检测电容之间的差值。

在步骤S140中，根据第一至第四参考值、当前加速度a下的参考信号、检测信号以及相关系数得到当前加速度下检测电容的有效电容变化差值，并根据所述有效电容变化差值确定当前加速度。

根据上式可以得到：

ΔC4a0-ΔC3a0＝Ka*K3*(ΔC2a0-ΔC1a0)

又因为：

ΔC4a-ΔC3a＝(C4a-C3a)-(ΔC4-ΔC3)-(ΔC4a0-ΔC3a0)

因此：

(ΔC2a-ΔC1a)*K4＝(C4a-C3a)-(ΔC2-ΔC1)*K2-(ΔC2a0-ΔC1a0)*Ka*K3

又因为：

ΔC2a-ΔC1a＝(C2a-C1a)-(ΔC2-ΔC1)-(ΔC2a0-ΔC1a0)

因此可以得到：

ΔC2a-ΔC1a＝[Ka*K3*(C2a-C1a)-(C4a-C3a)-(Ka*K3-K2)*(ΔC2-ΔC1)]/(Ka*K3-K4)

而：

ΔC2-ΔC1＝K1

其中，C4a-C3a为外部加速度为加速度a时的第四参考信号Sa4，C2a-C1a为外部加速度为加速度a时的第四检测信号Se4。

在本实施例中，可在任意加速度a时读取第一参考电容、第二参考电容、第一检测电容以及第二检测电容的电容值，并根据第一参考电容、第二参考电容、第一检测电容、第二检测电容的电容值得到相关系数Ka，然后根据校准阶段得到的第一至第四参考值K1-K4以及上述公式得到有效电容变化差值，该有效电容变化差值包含了因衬底形变造成的偏移误差，同时又包含了实际测试时参考电容值等，这样能减少各种形变引起的误差。

综上所述，本发明实施例的惯性传感器及其控制方法，在校准阶段根据检测电极和辅助电极获得在不同预设加速度下的检测信号和参考信号，并根据得到检测信号和参考信号得到与温度漂移误差相关联的多个参考值，然后在测试阶段根据多个参考值以及待测加速度下采集到的检测信号和参考信号确定有效电容变化差值，再根据该有效电容变化差值通过转换得到相应的待测加速度。由于该有效电容变化差值包含了因衬底形变造成的偏移误差，因此可减小惯性传感器的温度漂移，提高惯性传感器的精度。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。