技术摘要：
本发明公开了一种低噪声MEMS加速度计，本发明的加速度计由结构层和衬底层组成，结构层包括质量块、梁、梳齿组和铆点；其中铆点均固定在衬底上，梳齿组及与之相连的铆点分布在质量块的内部；所述梁一端与质量块连接且梁的另一端与铆点连接，梁及与之相连的铆点分布在质  全部
背景技术：
MEMS加速度计具有体积小，重量轻，成本低等特点，目前在越来越多的领域得到广 泛的应用。但是，由于MEMS加速度计检测质量块的质量很小，其热噪声(即布朗噪声)很大， 无法满足低噪声领域的要求，比如地震、桥梁监测，地质勘探等。
技术实现要素：
为了解决现有MEMS加速度计无法满足低噪声领域的局限性，本发明提供了一种低 噪声MEMS加速度计。本发明采用变面积梳齿结构，降低阻尼从而减小布朗噪声。 本发明通过下述技术方案实现： 一种低噪声MEMS加速度计，该加速度计由结构层和衬底层组成，结构层包括质量 块、梁、梳齿组和铆点；其中铆点均固定在衬底上，梳齿组及与之相连的铆点分布在质量块 的内部；所述梁一端与质量块连接且梁的另一端与铆点连接，梁及与之相连的铆点分布在 质量块的四周；所述梳齿组包括检测梳齿且检测梳齿为变面积梳齿。 优选的，本发明的检测梳齿由动齿和定齿构成，动齿和定齿之间的间距均相等，质 量块的运动使得动齿和定齿之间重叠长度的改变引起电容变化，采用若干组关于质量块的 中心对称的检测梳齿构成差分检测电容实现加速度的测量。 优选的，本发明采用两组检测梳齿，两组检测梳齿的梳齿组数、重叠长度及间隙均 相同，每组检测梳齿的动齿均与质量块连接，每组检测梳齿的定齿均与铆点连接，两组检测 梳齿构成差分电容实现加速度的检测；两组检测梳齿之间的电容差为： 其中，Cs1为一组检测梳齿的电容，Cs2为另一组检测梳齿的电容，ns为检测梳齿的单 元组数，t为结构层厚度，ε为介电常数，d0为动齿与定齿之间间隙，a为加速度大小，ω0为谐 振频率； 由上式可知，ΔCs的大小与加速度大小a成正比，检测ΔCs的大小可得加速度的大 小。 为了进一步提高测量性能，本发明还通过闭环控制来消除震荡的现象。优选的，本 发明的梳齿组还包括反馈梳齿，所述反馈梳齿为变面积梳齿，反馈梳齿由动齿和定齿构成， 动齿和定齿之间的间距均相等，静电作用使得动齿和定齿重叠长度发生变化，采用若干组 关于质量块中心对称的反馈梳齿构成差分驱动结构实现闭环控制。 优选的，本发明采用两组反馈梳齿，两组反馈梳齿的重叠长度及间隙均相同，每组 反馈梳齿的动齿均与质量块连接，每组反馈梳齿的定齿均与铆点连接，则质量块上受到的 静电作用为： 4 CN 111551761 A 说　明　书 2/6 页 其中，Fe1为一组反馈梳齿受到的静电力，Fe2为另一组反馈梳齿受到的静电力，Vr和 Vf分别为两组反馈梳齿的驱动电压，ε为介电常数，d2为动齿与定齿之间间隙，n2为反馈梳齿 的单元组数，t为结构层厚度； 通过Vr，Vf的值可知静电作用的加速度大小，达到闭环检测。 为了提高检测灵敏度，降低噪声，本发明还设置了静电负刚度梳齿来进一步降低 系统谐振频率。优选的，本发明的梳齿组还包括静电负刚度梳齿，所述静电负刚度梳齿为变 间距梳齿，静电负刚度梳齿由动齿和定齿构成，动齿和定齿之间的间距均相同，动齿和定齿 间施加电压会产生静电负刚度以降低系统谐振频率。 优选的，本发明的静电负刚度梳齿的动齿与质量块连接，所述静电负刚度梳齿的 定齿与铆点连接，所述静电负刚度梳齿的动齿和定齿的重叠长度为为l1，动齿和定齿之间 的间隙为d1，在动齿和定齿之间施加电压V，当质量块1的位移为Δx时，动齿受到的静电力 为： 其中，n1为梳齿的组数，ε为介电常数，t为结构层厚度，Fe对Δx求导： ke为静电负刚度，考虑ke的影响，系统的谐振频率为： km为梁的刚度，因为物理尺寸限制，通过降低km减小谐振频率有一定限度，ke的作 用是可以进一步降低系统刚度，从而降低系统谐振频率，提高检测灵敏度。同时，本发明还 通过调整电压V的大小可以实现不同的ke，当工艺误差引起km不同时，通过改变ke可以实现 相同的谐振频率，有利于提高MEMS加速度计参数的稳定性及良品率。 优选的，本发明的质量块为中心对称结构。 本发明具有如下的优点和有益效果： 本发明通过采用变面积梳齿结构，降低阻尼从而减小布朗噪声。采用变间距梳齿 结构产生静电负刚度实现减小结构谐振频率，从而增大MEMS加速度计的灵敏度，达到减小 噪声的目的。 附图说明 此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部 分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中： 图1为本发明的加速度计结构示意图。 5 CN 111551761 A 说　明　书 3/6 页 图2为本发明的检测梳齿的单元结构。 图3为本发明的静电负刚度梳齿的单元结构。 图4为本发明的反馈梳齿的单元结构。