四种微加速计传感器异同

微加速度传感器当前1页，总共17页。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、总结当前2页，总共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当前3页，总共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闭环加速度计敏感信号方式：压阻式压电式电容式隧道电流型热对流式加工方式：微机械表面加工微机械体加工结构形式：梳齿式静电悬浮式“跷跷板”摆式“三明治”摆式敏感轴数量：单轴微机电式双轴微机电式三轴微机电式当前4页，总共17页。基本加速度计概念通常加速度计包含一个质量块(proofmass，orSeismicmass)，然后测量质量块在加速度作用下的位移、质量块作用在框架上的力或者维持质量块位置所需要的力(即主动加速度计，需要一个闭环控制系统)。测量作用在质量块上的力(F=ma)或引起的位移有多种方法，包括应变计、电容、表面波器件、光学方法(干涉计)和隧道方法等。实际上一个典型的基本型加速度计包含∶质量块、弹性件、阻尼元件和限位件。

F=ma=kxrel这里k是弹性常数、xrel是相对于框体的位移。3.基本工作原理及工作特点当前5页，总共17页。3.基本工作原理及工作特点Dashpot:阻尼延迟器当前6页，总共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当前7页，总共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.基本工作原理及工作特点当前8页，总共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当前9页，总共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当前10页，总共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当前11页，总共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当前12页，总共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当前13页，总共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当前14页，总共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当前15页，总共17页。4.总结：类型原理优点缺点压阻式根据压阻效应，利用扩散电阻的阻值变化来感应加速度变化。加工工艺简单，测量方法易行，测量范围宽，线性度好，重复生产性好。温度效应严重，温度系数打，灵敏度低。电容式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。结构简单，漂移低，温度效应小，灵敏度相对较高，功耗小。差动式有较好线性度。读出电路复杂，易受寄生电容影响和电磁干扰。压电式根据压电效应，利用压电膜压缩量来检测加速度变化。结构简单，频率响应范围很快，有很好的线性度。分辨率低，温漂较大，压敏电阻制