【

具体实施方式

】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”“耦接”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种三轴加速度计。请参考图1所示，其为本发明在一个实施例中的三轴加速度计的整体结构示意图。

图1所示的三轴加速度计包括X轴加速度计(未标识)、Y轴加速度计(未标识)和Z轴加速度计(未标识)。其中，Z轴加速度计能够感应到Z轴加速度，所述Z轴加速度计包括Z质量块1c，所述Z质量块1c内定义有第一空间7a和第二空间7b；X轴加速度计能够感应到X轴加速度，所述X轴加速度计位于所述第一空间7a内；Y轴加速度计能够感应到Y轴加速度，所述Y轴加速度计位于所述第二空间7b内。

为了更好的说明本发明所示的三轴加速度计的结构，可以建立一个三维直角坐标系，在图1所示的实施例中，X轴和Y轴相互垂直并且定义了所述三轴加速度计的基底所在的平面，Z轴垂直于X轴和Y轴所定义的平面，通过X轴、Y轴和Z轴建立的三维直角坐标系在图1中有所体现，其中，X轴沿左右方向，Y轴沿上下方向，Z轴沿垂直于纸面方向。

如图1、图4和图5所示，所述三轴加速度计的Z轴加速度计还包括Z质量块锚点4c，扭转梁2e、2f，第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j，所述Z质量块1c内还定义有与所述第一空间7a和第二空间7b相互间隔的第三空间7c；所述Z质量块锚点4c位于所述第三空间7c内；所述扭转梁2e、2f位于所述第三空间7c内，且所述扭转梁2e、2f连接所述Z质量块锚点4c和Z质量块1c；所述Z质量块1c位于所述扭转梁2e、2f一侧(或左侧)的质量与所述Z质量块1c位于所述扭转梁2e、2f另一侧(或右侧)的质量不同，以使所述Z质量块1c以所述扭转梁2e、2f为轴发生类似跷跷板式运动。所述第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j位于所述Z质量块1c的下方且对称设置于所述扭转梁2e、2f的左右两侧。当敏感(或感应)到Z轴加速度输入时，会使得所述Z质量块1c以所述扭转梁2e、2f为轴发生扭转或枢转(或类似跷跷板式运动)，所述第一Z轴检测电极3i检测与所述Z质量块1c的距离变化，第二Z轴检测电极3j检测与所述Z质量块1c的距离变化，具体的，敏感到Z轴加速率后的第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j的电容一个增大，一个减小，两者差分得到Z轴加速度引起的电容变化，进而得到输入的Z轴加速率大小。

如图1、图4和图5所示，所述三轴加速度计的Z轴加速度计还包括位于所述第三空间7c内的扭转梁保护机构2g，所述扭转梁保护机构2g连接所述Z质量块锚点4c和Z质量块1c，且所述扭转梁保护机构2g对称分布于所述扭转梁2e、2f左右两侧，以保护所述扭转梁2e、2f。

在图1、图4和图5所示的具体实施例中，扭转梁2e、2f平行于Y轴放置(或扭转梁2e、2f的延伸方向与Y轴平行)；扭转梁2e、2f为两个，分别是第一扭转梁2e和第二扭转梁2f，其中，第一扭转梁2e位于所述Z质量块锚点4c的上方，且第一扭转梁2e连接所述Z质量块锚点4c和Z质量块1c；第二扭转梁2f位于所述Z质量块锚点4c的下方，且第二扭转梁2f连接所述Z质量块锚点4c和Z质量块1c。所述扭转梁保护机构2g包括四对扭转梁防护梳齿结构，且每个扭转梁防护梳齿结构均包括与Y轴相平行的多根梳齿。其中，两对扭转梁防护梳齿结构位于所述Z质量块锚点4c的上方，且分别位于第一扭转梁2e的左右两侧；另外两对扭转梁防护梳齿结构位于所述Z质量块锚点4c的下方，且分别位于第二扭转梁2f的左右两侧，每对扭转梁防护梳齿结构中的一个扭转梁防护梳齿结构与Z质量块锚点4c相连，另一个扭转梁防护梳齿结构与所述Z质量块1c相连，且每对扭转梁防护梳齿结构呈叉指排布。设置所述扭转梁保护机构2g的目的是，防止Z质量块1c受到过大的冲击而发生扭转梁2e、2f断裂，并非一定要添加。

在图1、图4和图5所示的实施例中，Z质量块锚点4c固定设置于基底(未图示)上；第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j固定设置于基底(未图示)上；Z质量块1c通过扭转梁2e、2f与Z质量块锚点4c连接，Z质量块1c和扭转梁2e、2f悬置于所述基底上方；扭转梁保护机构2g悬置于所述基底上方。

在图1、图4和图5所示的具体实施例中，第一扭转梁2e和第二扭转梁2f关于X轴对称分布；第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j关于Y轴对称分布；四个扭转梁防护梳齿结构整体关于X轴和Y轴对称分布。

如图1和图2所示的，所述三轴加速度计的X轴加速度计包括X质量块1a和位于所述X质量块1a内的X轴检测电极3a、3b、3c、3d，所述X轴检测电极3a、3b、3c、3d中设置有与Y轴相平行的若干横向固定梳齿6b，所述X质量块1a中设置有与Y轴相平行的若干横向可动梳齿6a，其中，X轴检测电极3a、3b、3c、3d中的若干横向固定梳齿6b与X质量块1a中的若干横向可动梳齿6a呈叉指排布，以形成叉指电容。当敏感(或感应)到X轴加速度输入时，会使得所述X质量块1a沿X轴发生运动，所述X轴检测电极3a、3b、3c、3d检测与所述X质量块1a的距离变化，具体的，与敏感到X轴加速度前的X轴检测电极3a、3b、3c、3d的电容相比，敏感到X轴加速度后的X轴检测电极3a、3b、3c、3d的电容增大或减小，两者求差得到X轴加速度引起的电容变化，进而得到输入的X轴加速率大小。

在图1和图2所示的具体实施例中，位于所述X质量块1a内的X轴检测电极为四个，分别为第一X轴检测电极3a、第二X轴检测电极3b、第三X轴检测电极3c、第四X轴检测电极3d，其中，第一X轴检测电极3a和第二X轴检测电极3b分别位于所述X质量块1a内的上部的左右两侧，第三X轴检测电极3c和第四X轴检测电极3d分别位于所述X质量块1a内的下部的左右两侧。

如图1和图2所示的，所述X轴加速度计还包括设置于所述X质量块1a内的X质量块锚点4a，横向弹性梁连接臂5a、5b和横向弹性梁2a、2b，其中，X质量块锚点4a依次经横向弹性梁连接臂5a、5b和横向弹性梁2a、2b与所述X质量块1a连接。

在图1和图2所示的具体实施例中，横向弹性梁连接臂5a、5b为两个，分别为第一横向弹性梁连接臂5a和第二横向弹性梁连接臂5b；横向弹性梁2a、2b为两个，分别为第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b，其中，第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b分别位于X质量块锚点4a的左右两侧；第一横向弹性梁连接臂5a位于X质量块锚点4a和第一横向弹性梁2a之间，第二横向弹性梁连接臂5b位于X质量块锚点4a和第二横向弹性梁2b之间；X质量块锚点4a的一端依次经第一横向弹性梁连接臂5a和第一横向弹性梁2a与所述X质量块1a连接，X质量块锚点4a的另一端依次经第二横向弹性梁连接臂5b和第二横向弹性梁2b与所述X质量块1a连接。

在图1和图2所示的具体实施例中，第一横向弹性梁连接臂5a和第二横向弹性梁连接臂5b平行于X轴放置；第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b平行于Y轴放置(或第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b的延伸方向与Y轴平行)；第一X轴检测电极3a和第二X轴检测电极3b位于所述X质量块锚点4a的上方，且位于第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b之间；第三X轴检测电极3c和第四X轴检测电极3d位于所述X质量块锚点4a的下方，且位于第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b之间。

在图1和图2所示的具体实施例中，X质量块锚点4a固定于所述基底上；X轴检测电极3a、3b、3c和3d固定于所述基底上；X质量块1a，横向弹性梁连接臂5a、5b和横向弹性梁2a、2b悬置于所述基底上方。其中，第一横向弹性梁连接臂5a和第二横向弹性梁连接臂5b关于Y轴对称；第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b关于Y轴对称；第一X轴检测电极3a、第二X轴检测电极3b、第三X轴检测电极3c和第四X轴检测电极3d整体关于X轴和Y轴对称。

如图1和图3所示的，所述三轴加速度计的Y轴加速度计包括Y质量块1b和位于所述Y质量块1b内的Y轴检测电极3e、3f、3g、3h，所述Y轴检测电极3e、3f、3g、3h中设置有与X轴相平行的若干纵向固定梳齿6d，所述Y质量块1b中设置有与X轴相平行的若干纵向可动梳齿6c，其中，Y轴检测电极3e、3f、3g、3h中的若干纵向固定梳齿6d与Y质量块1b中的若干纵向可动梳齿6c呈叉指排布，以形成叉指电容。当敏感(或感应)到Y轴加速度输入时，会使得所述Y质量块1b沿Y轴发生运动，所述Y轴检测电极3e、3f、3g、3h检测与所述Y质量块1b的距离变化，具体的，与敏感到Y轴加速度前的Y轴检测电极3e、3f、3g、3h的电容相比，敏感到Y轴加速度后的Y轴检测电极3e、3f、3g、3h的电容增大或减小，两者求差得到Y轴加速度引起的电容变化，进而得到输入的Y轴加速率大小。

在图1和图3所示的具体实施例中，位于所述Y质量块1b内的Y轴检测电极为四个，分别为第一Y轴检测电极3e、第二Y轴检测电极3f、第三Y轴检测电极3g、第四Y轴检测电极3h，其中，第一Y轴检测电极3e和第二Y轴检测电极3f分别位于所述Y质量块1b内的左侧的上下两端，第三Y轴检测电极3g和第四Y轴检测电极3h分别位于所述Y质量块1b内的右侧的上下两端。

如图1和图3所示的，所述Y轴加速度计还包括设置于所述Y质量块1b内的Y质量块锚点4b，纵向弹性梁连接臂5c、5d和纵向弹性梁2c、2d，其中，Y质量块锚点4b依次经纵向弹性梁连接臂5c、5d和纵向弹性梁2c、2d与所述Y质量块1b连接。

在图1和图3所示的具体实施例中，纵向弹性梁连接臂5c、5d为两个，分别为第一纵向弹性梁连接臂5c和第二纵向弹性梁连接臂5d；纵向弹性梁2c、2d为两个，分别为第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d，其中，第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d分别位于Y质量块锚点4b的上下两端；第一纵向弹性梁连接臂5c位于Y质量块锚点4b和第一纵向弹性梁2c之间，第二纵向弹性梁连接臂5d位于Y质量块锚点4b和第二纵向弹性梁2d之间；Y质量块锚点4b的一端依次经第一纵向弹性梁连接臂5c和第一纵向弹性梁2c与所述Y质量块1b连接，Y质量块锚点4b的另一端依次经第二纵向弹性梁连接臂5d和第二纵向弹性梁2d与所述Y质量块1b连接。

在图1和图3所示的具体实施例中，第一纵向弹性梁连接臂5c和第二纵向弹性梁连接臂5d平行于Y轴放置；第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d平行于X轴放置(或第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d的延伸方向与X轴平行)；第一Y轴检测电极3e和第二Y轴检测电极3f位于所述Y质量块锚点4b的左侧，且位于第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d之间；第三Y轴检测电极3g和第四Y轴检测电极3h位于所述Y质量块锚点4b的右侧，且位于第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d之间。

在图1和图3所示的具体实施例中，Y质量块锚点4b固定于所述基底上；Y轴检测电极3e、3f、3g、3h固定于所述基底上；Y质量块1b，纵向弹性梁连接臂5c、5d和纵向弹性梁2c、2d悬置于所述基底上方。其中，第一纵向弹性梁连接臂5c和第二纵向弹性梁连接臂5d关于X轴对称；第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d关于X轴对称；第一Y轴检测电极3e、第二Y轴检测电极3f、第三Y轴检测电极3g和第四Y轴检测电极3h整体关于X轴和Y轴对称。

在图1所示的实施例中，X轴加速度计和Y轴加速度计位于Z质量块1c内且位于的扭转梁2e、2f的同一侧位置，X轴加速度计和Y轴加速度计可以沿X轴或Y轴排布。在图1所示的实施例中，X轴加速度计和Y轴加速度计之间完全隔离，在另一个实施例中，图1所示的X轴加速度计和Y轴加速度计也可共用质量块。

请参考图9所示，其为本发明在另一个实施例中的三轴加速度计的整体结构示意图，其与图1所示的三轴加速度计的区别仅在于：图9所示的X轴加速度计未设置X质量块锚点4a和横向弹性梁连接臂5a、5b，X质量块1a通过横向弹性梁2a、2b与Z质量块1c连接；图9所示的Y轴加速度计未设置Y质量块锚点4b和纵向弹性梁连接臂5c、5d，Y质量块1b通过纵向弹性梁2c、2d与Z质量块1c连接。

在图9所示的实施例中，横向弹性梁2a、2b设置于所述第一空间7a内且位于所述X质量块1a外侧，所述X质量块1a通过所述横向弹性梁2a、2b与所述Z质量块1c连接。

在图9所示的具体实施例中，横向弹性梁2a、2b为两个，分别为第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b，其中，所述第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b分别位于X质量块1a的左右两侧；所述X质量块1a通过所述第一横向弹性梁2a与所述Z质量块1c连接；所述X质量块1a通过所述第二横向弹性梁2b与所述Z质量块1c连接。第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b平行于Y轴放置(或第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b的延伸方向与Y轴平行)，且第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b关于Y轴对称。

在图9所示的实施例中，纵向弹性梁2c、2d设置于所述第二空间7b内且位于所述Y质量块1b外侧，所述Y质量块1b通过所述纵向弹性梁2c、2d与所述Z质量块1c连接。

在图9所示的具体实施例中，纵向弹性梁2c、2d为两个，分别为第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d，其中，所述第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d分别位于Y质量块1b的左右两侧；所述Y质量块1b通过所述第一纵向弹性梁2c与所述Z质量块1c连接；所述Y质量块1b通过所述第二纵向弹性梁2d与所述Z质量块1c连接。第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d平行于X轴放置(或第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d的延伸方向与X轴平行)，且第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d关于Y轴对称。

综上可知，在图1、图2和图3所示的实施例中，所述X轴加速度计独立设置在所述Z质量块1c内部的第一空间7a内，即所述X轴加速度计和所述Z质量块1c相互独立、并未连接；所述Y轴加速度计独立设置在所述Z质量块1c内部的第二空间7b内，即所述Y轴加速度计和所述Z质量块1c相互独立、并未连接。在图9所示的实施例中，所述X轴加速度计和Y轴加速度计各自通过弹性梁2a～2d与所述Z质量块1c连接。

以下介绍本发明中图1所示的三轴加速度计的检测原理。

一、X轴加速度计检测原理

请参考图6所示，其为本发明中图1所示的三轴加速度计敏感到X轴加速度时的示意图。

所述X轴检测电极3a、3b、3c、3d中设置有与Y轴相平行的若干横向固定梳齿6b，所述X质量块1a中设置有与Y轴相平行的若干横向可动梳齿6a，当敏感(或感应)到X轴加速度输入时，会使得所述X质量块1a带动若干横向可动梳齿6a沿X轴发生运动，所述X轴检测电极3a、3b、3c、3d中的横向固定梳齿6b敏感到与所述X质量块1a中的横向可动梳齿6a的距离发生变化，两者的电容发生改变，通过检测X轴检测电极3a、3b、3c、3d中的横向固定梳齿6b的电容变化，实现对X轴加速度的测量。也可以说，所述X轴检测电极3a、3b、3c、3d检测与所述X质量块1a的距离变化，具体的，与敏感到X轴加速度前的X轴检测电极3a、3b、3c、3d的电容相比，敏感到X轴加速度后的X轴检测电极3a、3b、3c、3d的电容增大或减小，两者求差得到X轴加速度引起的电容变化，进而得到输入的X轴加速率大小。

需要说明的是，图6仅示例的给出了当敏感到X轴加速度输入时，所述X质量块1a沿X轴的一个运动方向。

二、Y轴加速度计检测原理

请参考图7所示，其为本发明中图1所示的三轴加速度计敏感到Y轴加速度时的示意图。

所述Y轴检测电极3e、3f、3g、3h中设置有与X轴相平行的若干纵向固定梳齿6d，所述Y质量块1b中设置有与X轴相平行的若干纵向可动梳齿6c，当敏感(或感应)到Y轴加速度输入时，会使得所述Y质量块1b带动若干纵向可动梳齿6c沿Y轴发生运动，所述Y轴检测电极3e、3f、3g、3h中的纵向固定梳齿6d敏感到与所述Y质量块1c中的纵向可动梳齿6c的距离发生变化，两者的电容发生改变，通过检测Y轴检测电极3e、3f、3g、3h中的纵向可动梳齿6c的电容变化，实现对Y轴加速度的测量。也可以说，Y轴检测电极3e、3f、3g、3h检测与所述Y质量块1b的距离变化，具体的，与敏感到Y轴加速度前的Y轴检测电极3e、3f、3g、3h的电容相比，敏感到Y轴加速度后的Y轴检测电极3e、3f、3g、3h的电容增大或减小，两者求差得到Y轴加速度引起的电容变化，进而得到输入的Y轴加速率大小。

需要说明的是，图7仅示例的给出了当敏感到Y轴加速度输入时，所述Y质量块1b沿Y轴的一个运动方向。

三、Z轴加速度计检测原理

请参考图8所示，其为本发明中图1所示的三轴加速度计敏感到Z轴加速度时的示意图。

所述第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j位于所述Z质量块1c的下方且对称设置于所述扭转梁2e、2f的左右两侧。当敏感(或感应)到Z轴加速度输入时，会使得所述Z质量块1c以所述扭转梁2e、2f为轴发生扭转(或类似跷跷板式运动)，两侧的第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j与所述Z质量块1c的距离发生变化，使得第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j的电容发生改变，通过检测第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j的电容变化实现对Z轴加速度的测量。也可以说，所述第一Z轴检测电极3i检测与所述Z质量块1c的距离变化，第二Z轴检测电极3j检测与所述Z质量块1c的距离变化，具体的，敏感到Z轴加速率后的第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j的电容一个增大，一个减小，两者差分得到Z轴加速度引起的电容变化，进而得到输入的Z轴加速率大小。

需要说明的是，图8仅示例的给出了当敏感到Z轴加速度输入时，所述Z质量块1c以所述扭转梁2e、2f为轴的一个运动方向。

在图1和图9所示的实施例中，X质量块1a、Y质量块1b和Z质量块1c上可设置有一定数量的通孔、盲孔、镂空或者半镂空结构，以提高三轴加速度计的灵敏度。

综上所述，本发明提供的三轴加速度计包括X轴加速度计(未标识)、Y轴加速度计(未标识)和Z轴加速度计(未标识)。其中，Z轴加速度计能够感应到Z轴加速度，所述Z轴加速度计包括Z质量块1c，所述Z质量块1c内定义有第一空间7a和第二空间7b；X轴加速度计能够感应到X轴加速度，所述X轴加速度计位于所述第一空间7a内；Y轴加速度计能够感应到Y轴加速度，所述Y轴加速度计位于所述第二空间7b内。这样，本发明提供的三轴加速度计的整体架构合理紧凑，可节省芯片面积，降低成本。此外，同等面积下，框架(质量块)延伸的Z轴加速度计的灵敏度高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。