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1、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、总结第1页/共17页1.微加速度计简介MEMS技术的突出成果低成本，中低精度民用领域汽车碰撞检测，安全气囊军事领域战术武器第2页/共17页2.微加速度计分类有无反馈信号：微型开环加速度计微型开环加速度计微型闭环加速度计微型闭环加速度计敏感信号方式：压阻式压阻式 压电式压电式 电容式电容式隧道电流型隧道电流型热对流式热对流式加工方式：微机械表面加工微机械表面加工微机械体加工微机械体加工结构形式：梳齿式梳齿式 静电悬浮式静电悬浮式“跷跷板跷跷板”摆式摆式“三明治三明治”摆式摆式敏感轴数量：单轴微机电式单轴微机电式双轴微机电式双轴
2、微机电式三轴微机电式三轴微机电式第3页/共17页基本加速度计概念通通 常常 加加 速速 度度 计计 包包 含含 一一 个个 质质 量量 块块(proof(proof massmass，or or Seismic Seismic mass)mass)，然然后后测测量量质质量量块块在在加加速速度度作作用用下下的的位位移移、质质量量块块作作用用在在 框框 架架 上上 的的 力力 或或 者者 维维 持持 质质 量量 块块 位位 置置 所所 需需 要要 的的 力力(即即 主主 动动 加加 速速 度度计计，需需 要要 一一 个个 闭闭 环环 控控 制制 系系 统统)。测测 量量 作作 用用 在在 质质 量
3、量 块块 上上 的的 力力(F=ma)(F=ma)或或 引引 起起 的的 位位 移移 有有 多多 种种 方方 法法，包包 括括 应应 变变 计计、电电 容容、表表 面面波器件、光学方法波器件、光学方法(干涉计干涉计)和隧道方法等。和隧道方法等。实际上一个典型的基本型加速度计包含实际上一个典型的基本型加速度计包含 质量块、弹性件、阻尼质量块、弹性件、阻尼元件和限位件。元件和限位件。F=ma=kxF=ma=kxrelrel这里这里k k是弹性常数、是弹性常数、x xrelrel是相对于框体的位移。是相对于框体的位移。3.基本工作原理及工作特点第4页/共17页3.基本工作原理及工作特点Dash po
4、t:阻尼延迟器第5页/共17页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。3.基本工作原理及工作特点第6页/共17页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。1、压阻式微加速度计3.基本工作原
5、理及工作特点第7页/共17页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。3.基本工作原理及工作特点第8页/共17页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3.基本工作原理及工作特点第9页/共17页3、电容扭摆式微加速度计基本原理与电容式微加速度计相同，结构不同。敏感单元是不对称质量平板，通过扭转轴与基座
6、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第10页/共17页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
7、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第11页/共17页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3.基本工作原理及工作特点第12页/共17页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
8、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。3.基本工作原理及工作特点第13页/共17页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3.基本工作原理及工作特点第14页/共17页4.总结：类型原理优点缺点压阻式压阻式根据压阻效应，利用扩散电阻根据压阻效应，利用扩散电阻的阻值变化来感应加速度变化。的阻值变化来感应加速度变化。加工工艺简单，测量方法易行，加工工艺简单，测量方法易行，测量范围宽，线性度好，重复生测量范围宽，线性度好，重复生产性好。
9、产性好。温度效应严重，温度系数温度效应严重，温度系数打，灵敏度低。打，灵敏度低。电容式电容式利用敏感质量块与固定电极间利用敏感质量块与固定电极间距离变化来检测加速度变化。距离变化来检测加速度变化。结构简单，漂移低，温度效应小，结构简单，漂移低，温度效应小，灵敏度相对较高，功耗小。差动灵敏度相对较高，功耗小。差动式有较好线性度。式有较好线性度。读出电路复杂，易受寄生读出电路复杂，易受寄生电容影响和电磁干扰。电容影响和电磁干扰。压电式压电式根据压电效应，利用压电膜压根据压电效应，利用压电膜压缩量来检测加速度变化。缩量来检测加速度变化。结构简单，频率响应范围很快，结构简单，频率响应范围很快，有很好的线性度。有很好的线性度。分辨率低，温漂较大，压分辨率低，温漂较大，压敏电阻制作困难敏电阻制作困难隧道电流式隧道电流式利用隧道电流对位移变化的敏利用隧道电流对位移变化的敏感性测量加速度变化。感性测量加速度变化。极高灵敏度和线性度，非常宽的极高灵敏度和线性度，非常宽的频响范围，稳定性好，可靠性高，频响范围，稳定性好，可靠性高，抗干扰能力强，温漂小。抗干扰能力强，温漂小。信号噪声大，工作电压高，信号噪声大，工作电压高，加工困难，成品率低。加工困难，成品率低。第15页/共17页谢谢观看第16页/共17页感谢您的观看！第17页/共17页