四種微加速計傳感器異同

微加速度傳感器當前1頁，總共17頁。目錄1、微加速度計簡介2、微加速度計分類3、基本工作原理及工作特點4、總結(jié)當前2頁，總共17頁。1.微加速度計簡介MEMS技術(shù)的突出成果低成本，中低精度民用領域汽車碰撞檢測，安全氣囊軍事領域戰(zhàn)術(shù)武器當前3頁，總共17頁。2.微加速度計分類有無反饋信號：微型開環(huán)加速度計微型閉環(huán)加速度計敏感信號方式：壓阻式壓電式電容式隧道電流型熱對流式加工方式：微機械表面加工微機械體加工結(jié)構(gòu)形式：梳齒式靜電懸浮式“蹺蹺板”擺式“三明治”擺式敏感軸數(shù)量：單軸微機電式雙軸微機電式三軸微機電式當前4頁，總共17頁。基本加速度計概念通常加速度計包含一個質(zhì)量塊(proofmass，orSeismicmass)，然后測量質(zhì)量塊在加速度作用下的位移、質(zhì)量塊作用在框架上的力或者維持質(zhì)量塊位置所需要的力(即主動加速度計，需要一個閉環(huán)控制系統(tǒng))。測量作用在質(zhì)量塊上的力(F=ma)或引起的位移有多種方法，包括應變計、電容、表面波器件、光學方法(干涉計)和隧道方法等。實際上一個典型的基本型加速度計包含∶質(zhì)量塊、彈性件、阻尼元件和限位件。

F=ma=kxrel這里k是彈性常數(shù)、xrel是相對于框體的位移。3.基本工作原理及工作特點當前5頁，總共17頁。3.基本工作原理及工作特點Dashpot:阻尼延遲器當前6頁，總共17頁。1、壓阻式微加速度計壓阻效應：在一塊半導體的某一軸向施加一定的應力時，其電阻率產(chǎn)生變化的現(xiàn)象。工作原理：當有加速度輸入時,懸臂梁在質(zhì)量塊受到的慣性力牽引下發(fā)生變形，導致固連的壓阻膜也隨之發(fā)生變形，其電阻值就會由于壓阻效應而發(fā)生變化，導致壓阻兩端的檢測電壓值（信號處理電路）發(fā)生變化，從而可以通過確定的數(shù)學模型推導出輸入加速度與輸出電壓值的關(guān)系。3.基本工作原理及工作特點當前7頁，總共17頁。最早出現(xiàn)的微加速度計優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單,芯片的制作相對容易；

并且接口電路易于實現(xiàn)。缺點:溫度系數(shù)比較大,對溫度敏感;靈敏度比較低;蠕變和遲滯效應比較明顯。1、壓阻式微加速度計3.基本工作原理及工作特點當前8頁，總共17頁。2、電容式微加速度計基本原理位移變化→電容變化工作原理質(zhì)量塊由彈性微梁支撐連接在基體上,檢測電容的一個極板一般配置在運動的質(zhì)量塊上,一個極板配置在固定的基體上。當有加速度作用時，質(zhì)量塊發(fā)生位移，上下電容發(fā)生變化，可以得到電容變化差值，進而得到加速度。3.基本工作原理及工作特點當前9頁，總共17頁。2、電容式微加速度計優(yōu)點：靈敏度和測量精度高穩(wěn)定性好溫度漂移小功耗極低過載保護能力較強缺點：讀出電路復雜易受寄生電容影響和電磁干擾3.基本工作原理及工作特點當前10頁，總共17頁。3、電容扭擺式微加速度計基本原理與電容式微加速度計相同，結(jié)構(gòu)不同。敏感單元是不對稱質(zhì)量平板，通過扭轉(zhuǎn)軸與基座相連，基座上表面布置有固定電極，敏感平板下表面有相應的運動電極，形成檢測電容當有加速度作用時，不對稱平板在慣性力作用下，將發(fā)生繞扭轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動。當質(zhì)量平板發(fā)生偏移時，可以利用電容的靜電力來調(diào)節(jié)平板的偏轉(zhuǎn)角度，提高系統(tǒng)的測量范圍，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性?；竟ぷ髟砑肮ぷ魈攸c當前11頁，總共17頁。4、壓電式微加速度計壓電效應：電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷。工作原理在彈性梁上覆蓋一層壓電材料膜，上電極和下電極分別分布在壓電材料膜的上表面和下表面上，當有外界加速度口作用于敏感質(zhì)量塊時，彈性梁上會產(chǎn)生應力大小變化，由于壓電效應作用，器件結(jié)構(gòu)的上電極和下電極間會產(chǎn)生電壓，由此可通過測量電壓（信號處理電路）的變化來得知外界加速度的變化?；竟ぷ髟砑肮ぷ魈攸c當前12頁，總共17頁。4、壓電式微加速度計優(yōu)點：結(jié)構(gòu)比較簡單容易測量缺點：很難測量常加速度溫度系數(shù)較大器件的線性度不夠好壓電材料價格比較昂貴3.基本工作原理及工作特點當前13頁，總共17頁。5、隧道效應型微加速度計隧道效應粒子運動遇到一個高于粒子能量的勢壘時，按照量子力學可以解出除了在勢壘處的反射外，還有透過勢壘的波函數(shù)，這表明在勢壘的另一邊，粒子具有一定的概率，粒子貫穿勢壘。工作原理平板電極和隧道針尖電極距離達到一定的條件，可以產(chǎn)生隧道電流。懸臂梁或者雙端固支梁支撐慣性質(zhì)量塊，質(zhì)量塊在慣性力的作用下，位置將發(fā)生偏移，這個偏移量直接影響到隧道電流的變化，通過檢測隧道電流變化量來間接檢測加速度值。3.基本工作原理及工作特點當前14頁，總共17頁。5、隧道效應型微加速度計優(yōu)點：極高的靈敏度易檢測線性度好溫漂小抗干擾能力強可靠性高缺點：隧道針尖制作比較復雜工藝比較困難，成品率低3.基本工作原理及工作特點當前15頁，總共17頁。4.總結(jié)：類型原理優(yōu)點缺點壓阻式根據(jù)壓阻效應，利用擴散電阻的阻值變化來感應加速度變化。加工工藝簡單，測量方法易行，測量范圍寬，線性度好，重復生產(chǎn)性好。溫度效應嚴重，溫度系數(shù)打，靈敏度低。電容式利用敏感質(zhì)量塊與固定電極間距離變化來檢測加速度變化。結(jié)構(gòu)簡單，漂移低，溫度效應小，靈敏度相對較高，功耗小。差動式有較好線性度。讀出電路復雜，易受寄生電容影響和電磁干擾。壓電式根據(jù)壓電效應，利用壓電膜壓縮量來檢測加速度變化。結(jié)構(gòu)簡單，頻率響應范圍很快，有很好的線性度。分辨率低，溫漂較大，壓敏電阻制