微加速度計的基本工作原理及工作特點

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1、微 加 速 度 計 的基 本 工 作 原 理及 工 作 特 點田 源 木26201200072012.11.17 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) 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) 微 加 速 度 計 簡 介MEMS器 件 傳 感器執(zhí) 行器 微 加 速 度 計測量加速度信號感知信號轉(zhuǎn)變信號輸出 偏置穩(wěn)定性1mg，標度因數(shù)穩(wěn)定性1000pm 微 加 速 度 計 簡 介微 加 速 度 計MEMS技 術(shù) 的

2、 突 出 成 果民 用 領(lǐng) 域軍 事 領(lǐng) 域 汽 車 領(lǐng) 域 汽 車 碰 撞 檢 測安 全 氣 囊戰(zhàn) 術(shù) 武 器 戰(zhàn)術(shù)武器與戰(zhàn)略武器：戰(zhàn)略針對整體性問題，戰(zhàn)術(shù)針對局部性問題； 戰(zhàn)略針對長期性問題，戰(zhàn)術(shù)針對短期性問題； 戰(zhàn)略針對基本性問題，戰(zhàn)術(shù)針對具體性問題。低成本，中低精度 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) 微 加 速 度 計 分 類分 類 方 式 多 種 多 樣有 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 ：微型電容式加速度計微型壓阻式加速度計微型壓電式加速度

3、計隧道電流型加速度計熱對流式微加速度計加 工 方 式 ： 微機械表面加工加速度計微機械體加工加速度計結(jié) 構(gòu) 形 式 ：梳齒式微機電加速度計“蹺蹺板”擺式微機電加速度計“三明治”擺式微機電加速度計靜電懸浮式微機電加速度計敏 感 軸 數(shù) 量 ：單軸微機電加速度計雙軸微機電加速度計三軸微機電加速度計 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) 基 本 工 作 原 理 及 工 作 特 點質(zhì) 量 塊 的 振 動 （ 移 動 ）質(zhì) 量 塊 感 知 加 速 度位 移 發(fā) 生 變 化測 量 相 應 的 物 理 量整 理 后

4、 得 到 加 速 度 +ma kx cx mx 2 24 42 21 2c c km c c kmt tm mamx q e q ek 基 本 工 作 原 理 及 工 作 特 點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

5、 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 。 基 本 工 作 原 理 及 工 作 特 點1、 壓 阻 式 微 加 速 度 計最 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

6、應 比 較 明 顯 。 基 本 工 作 原 理 及 工 作 特 點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 。 基 本 工 作 原 理 及 工 作 特 點2、 電 容

7、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 基 本 工 作 原 理 及 工 作 特 點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

8、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 。 基 本 工 作 原 理 及 工 作 特 點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

9、 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

10、變 化 。 基 本 工 作 原 理 及 工 作 特 點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 基 本 工 作 原 理 及 工 作 特 點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

11、 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 。 exptun tunI v x 基 本 工 作 原 理 及 工 作 特 點5、 隧

12、 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 exptun tunI v x 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) 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

13、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 作困 難隧 道 電流 式 利 用 隧 道 電 流 對 位 移 變化 的 敏 感 性 測 量 加 速 度變 化 。 極 高 靈 敏 度 和 線 性 度 ， 非常 寬 的 頻 響 范 圍 ， 穩(wěn) 定 性好 ， 可 靠 性 高 ， 抗 干 擾 能 力 強 ， 溫 漂 小 。 信 號 噪 聲 大 ， 工 作電 壓 高 ， 加 工 困 難 ，成 品 率 低 。 總 結(jié) -對 比 總 結(jié) -發(fā) 展 制 作 工 藝 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 仿 真 技 術(shù) 謝 謝 ！