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發(fā)布日期:2022-05-30 點(diǎn)擊率:51
微加速度計(jì)是指加速度計(jì)與微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)相結(jié)合的一種用于測量加速度變化量的裝置,也叫MEMS加速度計(jì)。它是一種慣性傳感器,能夠測量物體的加速力,能夠及時(shí)分析物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài),通過微電子機(jī)械系統(tǒng)測量出物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及軌跡。
微加速度計(jì)按檢測方式,可分為壓阻式、電容式、隧道式、共振式、熱形式等幾種。
1. 壓阻式加速度計(jì):通過在質(zhì)量塊的支撐(suspension)上嵌有壓敏電阻來感應(yīng)質(zhì)量塊偏移對支撐產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)而獲得加速度的信息。壓阻式的主要問題是靈敏度較低,而且溫度穩(wěn)定性不好,一般需要大的質(zhì)量塊和溫度補(bǔ)償。
2. 電容式:質(zhì)量快的位移導(dǎo)致其本和另一極板之間的電容發(fā)生變化,或者是質(zhì)量快上有梳狀電極,位移導(dǎo)致感應(yīng)電極之間的電容量變化。通過測量電容量的變化獲得質(zhì)量快位移的變化進(jìn)而知道加速度。電容式的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高,噪聲小,溫度穩(wěn)定性好,缺點(diǎn)是易受電磁干擾,需要特別封裝。
3. 隧道電流式:通過在活動(dòng)部件上添加一個(gè)隧穿針尖和另一個(gè)電極之間通有隧穿電流。當(dāng)載體具有加速度時(shí),活動(dòng)部件的位移會導(dǎo)致隧道電流的劇烈變化(典型的是位移變化一個(gè)埃——10^-10米,隧道電流變化一倍),通過測量隧道電流可以獲得很高的加速度的感應(yīng)靈敏度,而且由于質(zhì)量快可以做的很小,因此器件的體積很小,缺點(diǎn)是低頻噪聲很大,供電電壓較高(上百伏)。
4. 諧振式:通過質(zhì)量塊受到的慣性力來改變另一根梁的軸向應(yīng)力進(jìn)而改變梁的共振頻率。通過共振頻率的測量就可以獲得加速度的信息。
5. 熱傳感式:質(zhì)量塊的位移改變質(zhì)量塊和散熱之間的間距進(jìn)而改變質(zhì)量快的溫度,通過測量溫度的變化來感知加速度。
其中,電容式微加速度計(jì)質(zhì)量塊在有加速度時(shí)向下運(yùn)動(dòng),與邊框上的另一個(gè)電極的距離發(fā)生變化,通過檢測電容的變化可獲得質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)的位移,主要結(jié)構(gòu)分為懸臂擺片式和梳齒狀的折疊梁式,并變異成其它類型。前者結(jié)構(gòu)相對簡單些,制作上也多采用體硅加工方法,簡單的擺片式結(jié)構(gòu)由上、下固定電極和可動(dòng)敏感硅懸臂梁電極組成,用半導(dǎo)體平面工藝各向異性腐蝕,靜電封接技術(shù)封裝完成制作。后者可看作是懸臂梁的并、串組合,設(shè)計(jì)上要復(fù)雜得多,微加工方法則以表面犧牲層技術(shù)為主,多晶硅材料的各向同性性質(zhì)可保證微機(jī)械性能的對稱性,批量加工精度高,采用這種結(jié)構(gòu)的敏感部分尺寸做得很小,實(shí)現(xiàn)與外圍電路的單片集成。電容式微加速度計(jì)的靈敏度高、噪音低、漂移小、結(jié)構(gòu)簡單,在汽車安全氣囊系統(tǒng)和防滑系統(tǒng)獲得廣泛應(yīng)用,其檢測范圍與準(zhǔn)確度的性能指標(biāo)分別為50g(重力加速度),200°/s、500mg、10°/s、100°/s、1°/s,安全氣囊系統(tǒng)檢測碰撞的微加速度計(jì)的檢測范圍為±30~50g,精度100mg,檢測側(cè)面碰撞大約為250g或500g,防滑穩(wěn)定系統(tǒng)的測量范圍±2g,精度10mg。
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