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1、微加速度计的 基本工作原理及工作特点,2620120007 2012.11.17,目录,1、微加速度计简介 2、微加速度计分类 3、基本工作原理及工作特点 4、总结,目录,1、微加速度计简介 2、微加速度计分类 3、基本工作原理及工作特点 4、总结,微加速度计简介,MEMS 器件,传感器,执行器,微加速度计,测量加速度 信号感知 信号转变 信号输出,偏置稳定性1mg，标度因数稳定性1000pm,微加速度计简介,微加速度计 MEMS技术的突出成果 民用领域 军事领域,汽车领域,汽车碰撞检测,安全气囊,战术武器,低成本，中低精度,目录,1、微加速度计简介 2、微加速度计分类 3、基本工作原理及工作
2、特点 4、总结,微加速度计分类,分类方式多种多样 有无反馈信号： 微型开环加速度计 微型闭环加速度计 敏感信号方式： 微型电容式加速度计 微型压阻式加速度计 微型压电式加速度计 隧道电流型加速度计 热对流式微加速度计 加工方式： 微机械表面加工加速度计 微机械体加工加速度计,结构形式： 梳齿式微机电加速度计 “跷跷板”摆式微机电加速度计 “三明治”摆式微机电加速度计 静电悬浮式微机电加速度计 敏感轴数量： 单轴微机电加速度计 双轴微机电加速度计 三轴微机电加速度计,目录,1、微加速度计简介 2、微加速度计分类 3、基本工作原理及工作特点 4、总结,基本工作原理及工作特点,质量块的振动（移动）
3、质量块感知加速度 位移发生变化 测量相应的物理量 整理后得到加速度,基本工作原理及工作特点,1、压阻式微加速度计 压阻效应： 在一块半导体的某一轴向施加一定 的应力时，其电阻率产生变化的现象。 工作原理： 当有加速度输入时, 悬臂梁在质量块受到的惯性力牵引下发生变形，导致固连的压阻膜也随之发生变形，其电阻值就会由于压阻效应而发生变化，导致压阻两端的检测电压值（信号处理电路）发生变化，从而可以通过确定的数学模型推导出输入加速度与输出电压值的关系。,基本工作原理及工作特点,1、压阻式微加速度计 最早出现的微加速度计 优点： 结构简单, 芯片的制作相对容易； 并且接口电路易于实现。 缺点: 温度系数
4、比较大, 对温度敏感; 灵敏度比较低; 蠕变和迟滞效应比较明显。,基本工作原理及工作特点,2、电容式微加速度计 基本原理 位移变化电容变化 工作原理 质量块由弹性微梁支撑连接在基体上, 检测电容的一个极板一般配置在运动的质量块上, 一个极板配置在固定的基体上。当有加速度作用时，质量块发生位移，上下电容发生变化，可以得到电容变化差值，进而得到加速度。,基本工作原理及工作特点,2、电容式微加速度计 优点： 灵敏度和测量精度高 稳定性好 温度漂移小 功耗极低 过载保护能力较强 缺点： 读出电路复杂 易受寄生电容影响和电磁干扰,基本工作原理及工作特点,3、电容扭摆式微加速度计 基本原理与电容式微加速度
5、计相同，结构不同。 敏感单元是不对称质量平板，通过扭转轴与基座相连，基座上表面布置有固定电极，敏感平板下表面有相应的运动电极，形成检测电容当有加速度作用时，不对称平板在惯性力作用下，将发生绕扭转轴的转动。 当质量平板发生偏移时，可以利用电容的静电力来调节平板的偏转角度，提高系统的测量范围，改善系统的动态特性。,基本工作原理及工作特点,4、压电式微加速度计 压电效应： 电介质在沿一定方向上受到外力而 变形时，其内部会产生极化现象，同 时在它的两个相对表面上出现正负相 反的电荷。 工作原理 在弹性梁上覆盖一层压电材料膜，上电极和下电极分别分布在压电材料膜的上表面和下表面上，当有外界加速度口作用于敏
6、感质量块时，弹性梁上会产生应力大小变化，由于压电效应作用，器件结构的上电极和下电极间会产生电压，由此可通过测量电压（信号处理电路）的变化来得知外界加速度的变化。,基本工作原理及工作特点,4、压电式微加速度计 优点： 结构比较简单 容易测量 缺点： 很难测量常加速度 温度系数较大 器件的线性度不够好 压电材料价格比较昂贵,基本工作原理及工作特点,5、隧道效应型微加速度计 隧道效应 粒子运动遇到一个高于粒子能量的势垒时，按照量子力学可以解出除了在势垒处的反射外，还有透过势垒的波函数，这表明在势垒的另一边，粒子具有一定的概率，粒子贯穿势垒。 工作原理 平板电极和隧道针尖电极距离达到一定的条件，可以产生隧道电流。 悬臂梁或者双端固支梁支撑惯性质量块，质量块在惯性力的作用下，位置将发生偏移，这个偏移量直接影响到隧道电流的变化，通过检测隧道电流变化量来间接检测加速度值。,基本工作原理及工作特点,5、隧道效应型微加速度计 优点： 极高的灵敏度 易检测 线性度好 温漂小 抗干扰能力强 可靠性高 缺点： 隧道针尖制作比较复杂 工艺比较困难，成品率低,目录,1、微加速度计简介 2、微加速度计分类 3、基本工作原理及工作特点 4、总结,总结-对比,总结-发展,制作工艺 结构优化 仿真技术,谢谢！,