發布日期：2022-04-26 點擊率：55
微機械加速度傳感器通常由符合標準的質量塊構成，它借助彈性元件（如懸臂等）懸掛在基準框架上。質量塊因加速度而發生位移，位移的大小與加速度的大小成正比。質量塊的位移是可以測量的，方法多種多樣，例如可測量質量塊和輔助電極間的電容變化，或者通過集成在彈性元件上的應變計測量壓電電阻的變化等。工作機制硅加速度傳感器的基本結構中有一個標準的質量塊，它通常通過一個或幾個彈性元件連接在相對固定的框架上。如圖，圖上示出了這種結構的簡化圖模型
假設彈性元件的有效彈性系數為K，阻尼系數為D，那么按牛頓第二定律式中，F是作用在質量塊上的力；p是沖量；a是質量塊m的加速度。力作用的結果使彈性元件變形，從而導致質量塊發生位移式中dst是靜態位移，即式（1-2）只適用于慢變化的加速度，也就是只適用于低于系統諧振頻率的變化。系統的動態行為可用下列微分方程分析式中Fex是作用在基準框架上的外力,框架上固定有質量塊.利用拉普拉斯變換,可以從速度引起的質量位移中獲得二階機械傳遞函數式中,ωr是諧振頻率;Q = ωrm/D為品質因數,按這些關系式,可將式(1-2)改寫為此式標志著諧振帶寬和靈敏度之間的轉折點.為達到較高的直流靈敏度，系統的諧振頻率應做的較低。
標準質量塊的熱運動是限制加速度計性能進一步提高的主要因素。按熱動力學理論，對任一種儲能形式來說，一個處于平衡狀態的系統的熱能都等于kBT/2，其中kB是波爾茲曼常數，T是絕對溫度。所以，對較小的質量塊來說，其熱運動也較大，稱之為“與總噪聲等效的加速度”，可用下式計算由上式可見，要想能測量較小的加速度，就必須要有較大的質量塊和較高的品質因數。
為達到較高的靈敏度和較低的噪聲，必須應用較大的質量塊，所以這類傳感器用體微細加工技術制造比較合適。但對需求量不太大的應用來說，表面微細加工工藝制造的器件也有許多可取之處，例如它比較容易與電子電路集成等。所以，現在有些設計已經將體工藝和表面工藝結合考慮，這樣可實現在一塊晶圓上，一個工藝流程中實現大質量塊的加速度計的制作，但目前，用表面微機械加工技術制造的，電容型多晶硅和單晶硅器件仍是最普遍和最通用的高g和低g變量器件，而且現在已經大量生產具有成熟的阻尼和過載保護功能，以及自檢測功能的微加速度計。
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