微加速度计原理与应用
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在20 世纪40 年代初，由德国人研制了世界上第一只摆式陀螺加速度计。此后的半个多世纪以来，由于航天、航空和航海领域对惯性测量元件的需求，各种新型加速度计应运而生，性能和精度也有了很大的完善和提高。加速度计面世后作为最重要的惯性仪表之一，用在惯性导航和惯性制导系统中，与海陆空天运载体的自动驾驶及高技术武器的高精度制导联系在一起。这时候的加速度计整个都很昂贵，使其他领域对它很少问津。
直到微机械加速度计的问世，这种状况才发生了改变。随着MEMS技术的发展，惯性传感器件在过去的几年中成为最成功，应用最广泛的微机电系统器件之一，而微加速度计就是惯性传感器件的杰出代表。
微加速度计的理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。结合陀螺仪（用来测角速度），就可以对物体进行精确定位。根据这一原理，人们很早就利用加速度计和陀螺进行轮船，飞机和航天器的导航，近年来，人们又把这项技术用于汽车的自动驾驶和导弹的制导。汽车
工业的迅速发展又给加速度计找到了新的应用领域，汽车的防撞气囊就是利用加速度计来控制的。微加速度计的工作原理
微加速度计的结构模型如图所示：它采用质量块-弹簧-阻尼器系统来感应加速度。图中只画出了一个基本单元。它是利用比较成熟的硅加工工艺在硅片内形成的立体结构。图中的质量块是微加速度计的执行器，与质量块相连的是可动臂；与可动臂相对的是固定臂。可动臂和固定臂形成了电容结构，作为微加速度计的感应器。其中的弹簧并非真正的弹簧，而是由硅材料经过立体加工形成的一种力学结构，它在加速度计中的作用相当于弹簧。当加速度计连同外界物体（该物体的加速度就是待测的加速度）一起加速运动时，质量块就受到惯性力的作用向相反的方向运动。质量块发生的位移受到弹簧和阻尼器的限制。显然该位移与外界加速度具有一一对应的关系：外界加速度固定时，质量块具有确定的位移；外界加速度变化时（只要变化不是很快），质量块的位移也发生相应的变化。另一方面，当质量块的发生位移时，可动臂和固定臂（即感应器）之间的电容就会发生相应的变化；如果测得感应器输出电压的变化，就等同于测得了执行器（质量块）的位移。既然执行器的位移与待测加速度具有确定的一一对应关系，那么输出电压与外界加速度也就有了确
定的关系，即通过输出电压就能测得外界加速度。
（a）执行器的力学结构示意图，（b）感应器的电学原理图。具体地说，以Vm表示输入电压信号，Vs表示输出电压，Cs1与Cs2分别表示固定臂与可动臂之间的两个电容（见图6），则输入信号和输出信号之间的关系可表示为：微加速度计的发展
微加速度计是微机电系统领域研究最早的器件之一。早在1979年Roylance和Angell就开始了微机械压阻式加速度计的研制，随后各种结构的压阻式加速度计相继出现，并且增加了自检功能和集成CMOS电路，测量方向也从单轴逐渐向多轴集成测量发展。另外，多轴单片集成加速度仍然是微机电加速度计研究的热点，自从Takao和Lemkin分别于1997年提出了采用体硅工艺和表面工艺的三轴集成检测方法以来，在单片三轴集成方面国外陆续做了不少的研究，但目前尚未有商业化产品。鉴于惯性器件所具有的优点，现已研制出大量的振动惯性器件及二次仪表，例如微型惯性测量组合。由于微型惯性测量组合主要用于军事场合，涉及国家安全的领域，可见的报道较少，美国Draper实验室的微型惯性测量组合采用三个微硅陀螺、三个微硅加速计和附加电子电路构成的MIMU．使研究把加速度计和陀螺仪集成在一个单芯片上，减小微型惯性测量组合的耦合误差，缩小体积，提高其综合性能。目前，微加速度计的研究主要集中在硅
材料范围，然而由于硅压敏材料的压阻效应受温度影响较大，一定程度上限制了其灵敏度的提高，所以有待于寻找一种新的材料来突破硅微机电器件的极限，而GaAs 材料最有可能成为硅的替代材料，因为它具有一些比硅更加优越的特性[3]，研究表明GaAs 材料不仅具有很好的力学特性和电学特性，而且基于GaAs 压阻薄膜具有较高的压阻灵敏度，因此结合GaAs 材料特性的表面微加工技术和体微加工技术、有望制造出具有较高灵敏度、线性度等特性的微加速度计结构。微加速度计的主要种类
微机械加速度计以集成电路工艺和微机械加工工艺为基础，将电子原件和机械原件集成在一块芯片上，具有体积小、质量轻、成本低、能耗低、集成度高等一系列的优点。微加速度计的种类较多，主要如下：1、按照质量的运动方式来划分的微机械加速度计分类如下：
2、按照检测质量的支承方式来划分的为机械加速度计分类如下：
3、按照信号检测的方式来划分的为机械加速度计分类如下：
4、按照控制方式来划分的为机械加速度计分类如下：
5、按照加工工艺来划分的为机械加速度计分类如下：
6、按照结构形式划分的微机械加速度计分类如下：
7、按照材料划分的微机械加速度计分类如下：
8、按照敏感轴的数量划分的微机械加速度计分类如下：
几种典型的微加速度计比较
压阻式压阻式加速度传感器通常采用压敏电阻作为敏感元件。压敏电阻的电阻率变化与质量块的位移有关。其工作原理是将被测加速度转换为硅材料的电阻率变化来进行加速度的测量。首次报道的微加速度传感器为压阻式，其示意图如图所示。最先商业化的微加速度传感器也为压阻式。
压阻式加速度传感器的结构通常很简单，加工工艺与IC 技术兼容，具有良好的直流响应特性。但是灵敏度很小(在20～50g 量程下约为1～2mV/g) ，温度效应严重，动态范围有限。电容式电容式加速度传感器的敏感元件为固定电极和可动电极之间的电容器，是目前研究最多的一类加速度传感器，一般采用悬臂梁、固支梁或挠性轴结构，支撑一个当作电容动板电极的质量块，质量块与一个固定极板构成一个平板电容。其工作原理是在外部加速度作用下，校验质量块产生位移，这样就会改变质量块和电极之间的电容，将这种变化量用外围电路检测出来就可测量加速度的大小。一种电容式微加速度传感器的示意图如图所示。
电容式加速度传感器有许多优点，比如高灵敏度、良好的直流响应特性、低温度效应和低功率耗散。但是，由于传感器输出的高阻抗，电容式加速度传感器易受电磁干扰影响。压电式压电式加速度传感器的敏感元件是压电材料，压电材料直接将作用于质量块的力转换为电信号。压电式微加速度
传感器的工作原理如图 3 所示。加速度传感器的质量块与压电材料相连，当输入加速度时，加速度通过质量块形成的惯性力加在压电材料上，使压电材料产生变形，压电材料产生的变形和由此产生的电荷(电压)与加速度成正比，输出电量经放大后就可检测出加速度大小。
压电式加速度传感器被认为是测量绝对振动的最好工具，因为与其他已知类型的加速度传感器相比，压电式加速度传感器有如下优点：动态范围宽，在全部动态范围内线性度好，频率范围宽，质量轻。但是，由于电荷泄漏，压电式加速度传感器不适于测量线(零频)加速度，将压电薄膜与泄漏路径绝缘，可以达到接近零频率的平坦响应。而且由于压电效应，压电式加速度传感器温度效应严重，使用差动敏感器件可以减小这种温度效应。由南加州大学的Q.Zou等人开发的单轴和三轴压电双晶加速度传感器，其中单轴灵敏度为
7.0mV/g，最小可探测信号为0.01g；三轴的加速度传感器X,Y 和Z 轴的非放大灵敏度分别为0.9，1.13 和
0.88mV/g。此三轴加速度传感器采用一种高度对称的四梁双压电晶片结构支撑一个质量块，使十字轴灵敏度减小。澳大利亚Meltal 公司生产的MS2100 系列压电式加速度传感
器产品采用晶体电路，没有移动部件，因此不会产生磨损和退化，使用寿命很长，并且可以垂直、水平或以任何角度安装，可应用于要求对壳体加速度进行测量的关键旋转机械的
绝对振动，如位移、速度、加速度等。隧道电流式隧道电流式微加速度传感器由于其潜在的高性能和广阔的应用需求，一直以来成为研究的热点。隧道电流式微加速度传感器的工作原理是利用电子势垒隧道效应，把输入的加速度转换为质量块的相对位移，再通过隧道效应将位移量转换为隧道电流的变化，最后用检测电路测出电流变化量从而获得相应加速度的大小。图为一种隧道电流式微加速度传感器。
隧道电流式微加速度传感器是加速度传感器在高灵敏度、高可靠性方面应用的一个典型代表，其频带宽、灵敏度极高，大约在10－9g 左右，温度效应小，又由于质量块的机械活动范围小，因而线性度好，可靠性高。但是隧道电流式微加速度传感器信号噪声大，工作电压高，加工难度大，成品率不高。国内外许多研究机构在进一步增大隧道电流式微加速度传感器的灵敏度等方面做了很多研究工作，如H.Dong 等人采用双面ICP 制作了一种面外隧道电流式加速度传感器，降低了在面外方向由于ICP 侵蚀构造产生的高虎克常数，从而增大了传感器的灵敏度。谐振式谐振式微加速度传感器的工作原理是利用加速度使谐振频率发生变化，从而测量出加速度。当传感器的平行梁形状改变时，刚度也会改变，两对谐振器分别感应惯性力，这会在谐振频率的变化上显示出来，使二者频率改变，比较这两个频率就可以测量出加速度的大小。谐振式微加速度传感器的独特优点是可以
直接输出数字，测量精度极高，是一种很有前途和应用价值的微加速度传感器，但是制作工艺复杂。谐振式微加速度传感器能够满足某些领域如汽车行业对加速度传感器的高性能要求。其结构简图如图所示。
微加速度计的主要应用
微机械加速度计以其尺寸小、成本低的诱人特点不仅在传统应用领域得到的应用，而且在商业领域占据了广泛的市场。低成本加速度计的商业应用领域主要有：民用航空、车辆控制、高速铁路、机器人、工业自动化、探矿、玩具等等。汽车安全装置微机械加速度计在汽车上的应用包括安全控制功能，如车轮的操纵和自动刹车、气囊开启和防抱死系统等，从而组成高级安全汽车。安全气囊是提高汽车行驶安全性的重要部件，是一种辅助的约束装置。微机械加速度计在汽车发生碰撞使加速度测量值急剧增大时发出控制信号，加速度计立即给气囊发送指令并及时弹出气囊使其迅速充气，置于司机、乘员与挡风玻璃或汽车车身之间，以保护车上的人员。
汽车防滑系统是微机械加速度计用于汽车安全的又一重要应用，该系统包括制动防抱死系统（ABS）、加速防滑控制系统（ASR）和牵引控制系统（TCS）。汽车在雨雪天气中的山路上行驶，容易发生侧滑而造成车毁人亡。如果在汽车上装有加速度计，一旦发生侧滑，在驾驶员反应之前，加速度信
号可先通过汽车刹车系统进行紧急刹车。此外，加速度计还可以用于汽车定位测量系统、自动导航系统、车速控制系统、车体移动防盗报警以及节油系统等方面，如今加速度计己经成为汽车中一个重要的零部件。探矿测震地层勘探是利用人工爆炸造成局部地震，在方圆上百公里的地区埋入上万只传感器测量地震波型及强度，以测定何处有何种矿产。随着地震勘探高分辨率、高保真等要求的提出，国外一直在研究新的地震信号检测技术。
试验资料表明，使用MEMS技术的检波器所接收到的地震数据可以在最终叠加数据上保留低至3Hz 的地震信号。此外，把24 位模/数转换和微加速度传感器一起集成进检波器壳体，可以直接输出数字化的地震信号。微机械加速度计在灵敏度、体积、坚固度、噪声等方面都已经达到传统机械传感器的水平，并在频率响应、矢量保真度等方面比传统机械传感器有明显的改善，传感器的替代更新将不可避免。机器人状态控制对机器人控制系统来说，加速度是一个重要的状态变量。对于各自由度的位置控制，可利用加速度计获得机器人的加速度，对加速度进行一次积分可以获得机器人的速度，对加速度进行二次积分可获得机器人的位置，从而根据这些信息形成反馈校正。在机器人系统控制中，加速度计输出不仅可以直接作为加速度状态变量，用于现代控制理论的状态反馈进行系统综合，也可以作为经典控制理论的反
馈校正，此时相当于串联校正中的PID 校正（即超前滞后校正）。
在其他方面的应用硅微机械加速度计的另一方面应用是心脏起搏器，先进的心脏起搏器设计中包含多个传感器，其中1～2 只加速度计用来检测病人的运动，以使救护设备的输出适应病人的需求。此外高层建筑会因风力、地壳运动而产生摇晃，工业或海洋结构件会在外力作用下发生振动，水坝会在水压作用下发生滑移，这些都需要监控。我们用微机械加速度计组成测斜仪，放在建筑物上，或者通过埋在水坝上的导管置入水坝体中，它就能时刻监视建筑物、水坝、斜坡等的变化，测量出所在平台的倾斜度，及时报告倾斜信息，以防止建筑物倒塌、水坝溃决、滑坡等事故造成的损失。随着加速度计的不断发展，加速度计的应用领域也越来越广，在仪器仪表、设备检测、方向测量、倾角和摇摆测量、工业振动检测、贵重物品防摔、运动员辅助训练等中也发挥着重要的作用。目前加速度计厂家开始把目光投向了前景更为广阔的消费电子产品，尤其是便携式设备市场。美国模拟器件公司（ADI）日前新推出了3轴MEMS加速度计首款产品ADXL330，利用3 轴MEMS 加速度计开发出的新型应用有：带有运动检测和状态感知的手机以监视手机所在位置和被使用状况；带有硬盘保护系统的笔记本计算机和媒体播放器；可移动游戏机，通过改善当前游戏的界面和开发新的基
于运动的游戏而提供更多的互动、直观和趣味的游戏体验；数码相机，通过检测位置、运动和振动而自动地帮助用户更好地拍照。这些都表明了加速度计的应用前景是极为广阔的。微加速度计的存在问题及发展趋势
微机电系统技术的进步和工艺水平的提高，也给微机械加速度计的发展带来了新的机遇，通过了解国内外微机械加速度计的研究动态，总结出微机械加速度计以下几点发展趋势：1、高分辨率和大量程的微硅加速度计成为研究的重点。由于惯性质量块比较小，所以用来测量加速度和角速度的惯性力也相应比较小，系统的灵敏度相对较低，这样开发出高灵敏度的加速度计显得尤为重要。无论是民用还是军事用途，精度高、量程大的微机械加速度计将会大大拓宽其运用范围。目前在航空航天及军事上应用的加速度计的精度一般在10 g～10-6之间，民用的加速度计精度则要低一些。2、多轴加速度计的开发成为新的方向。惯性测量组合有六个输出变量，其中三个是相互正交的X、Y、Z 三轴上的加速度。已有文献报道开发出三轴微硅加速度计，其所用的方法也各不相同，但是其性能离实用还有一段距离，多轴加速度计的解祸是结构设计中的一个难点。3、数字化输出和具备通信能力的微弱信号集成电路。为了获得高分辨率，电路应能检测aF （10法拉）量级变化的微弱信号，这在对体积有着严格要求的仪表集成电路是一个极大的挑战。另外随着信息化
网络化的发展，数字化输出和具备通信能力也成为微机械加速度计的发展方向。其输出可以直接进入计算机，也便于用在诸如传感器阵列、嵌入式器件等应用场合。4、温漂小、迟滞效应小成为新的性能目标。选择合适的材料，采用合理的结构，以及应用新的低成本温度补偿环节，能够大幅度提高微机械加速度计的精度。
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MEMS加速度计的原理及运用 高鹏黄国胜 2006．12.19
目录 1.MEMS加速度计基本原理分析 1.1 MEMS简介 1.2微加速度计的类型 1.3 差分电容式加速度计的结构模型及其工作原理 1.4 MEMS微加速度计的制造工艺 1.5 MEMS微加速度计主要性能指标的设计和控制 1.6 MEMS加速度计的其它结构 1.7 各厂商MEMS加速芯片参数对比 1.8 线性度 1.9灵敏度与功耗 2．MEMS加速度计国内外现状 3．微加速度计的发展趋势 4．MEMS加速度计应用前景分析 5．用MEMS加速度计测量加速度、角度
1.1MEMS简介 随着MEMS技术的发展，惯性传感器件在过去的几年中成为最成功，应用最广泛的微机电系统器件之一，而微加速度计（microaccelerometer）就是惯性传感器件的杰出代表。微加速度计的理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。结合陀螺仪（用来测角速度），就可以对物体进行精确定位。根据这一原理，人们很早就利用加速度计和陀螺进行轮船，飞机和航天器的导航，近年来，人们又把这项技术用于汽车的自动驾驶和导弹的制导。汽车工业的迅速发展又给加速度计找到了新的应用领域，汽车的防撞气囊（Air Bag）就是利用加速度计来控制的。 作为最成熟的惯性传感器应用，现在的MEMS加速度计有非常高的集成度，即传感系统与接口线路集成在一个芯片上。本文将就微加速度计进行初步设计，并对其进行理论分析。 1.2 微加速度计的类型 1.2.1 压阻式微加速度计 压阻式微加速度计是由悬臂梁和质量块以及布置在梁上的压阻组成，横梁和质量块常为硅材料。当悬臂梁发生变形时，其固定端一侧变形量最大，故压阻薄膜材料就被布置在悬臂梁固定端一侧（如图1所示）。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。压电式微加速度计是最早出现的微加速度计，其优点是：结构简单，芯片的制作相对容易，并且接口电路易于实现。其缺点是：温度系数比较大，对温度比较敏感；和其他原理微加速度计相比，其灵敏度比较低，蠕变和迟滞效应比较明显。
微加速度计原理与应用 a 在20 世纪40 年代初，由德国人研制了世界上第一只摆式陀螺加速度计。此后的半个多世纪以来，由于航天、航空和航海领域对惯性测量元件的需求，各种新型加速度计应运而生，性能和精度也有了很大的完善和提高。加速度计面世后作为最重要的惯性仪表之一，用在惯性导航和惯性制导系统中，与海陆空天运载体的自动驾驶及高技术武器的高精度制导联系在一起。这时候的加速度计整个都很昂贵，使其他领域对它很少问津。 直到微机械加速度计的问世，这种状况才发生了改变。随着MEMS技术的发展，惯性传感器件在过去的几年中成为最成功，应用最广泛的微机电系统器件之一，而微加速度计就是惯性传感器件的杰出代表。 微加速度计的理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。结合陀螺仪（用来测角速度），就可以对物体进行精确定位。根据这一原理，人们很早就利用加速度计和陀螺进行轮船，飞机和航天器的导航，近年来，人们又把这项技术用于汽车的自动驾驶和导弹的制导。汽车
工业的迅速发展又给加速度计找到了新的应用领域，汽车的防撞气囊就是利用加速度计来控制的。微加速度计的工作原理 微加速度计的结构模型如图所示：它采用质量块-弹簧-阻尼器系统来感应加速度。图中只画出了一个基本单元。它是利用比较成熟的硅加工工艺在硅片内形成的立体结构。图中的质量块是微加速度计的执行器，与质量块相连的是可动臂；与可动臂相对的是固定臂。可动臂和固定臂形成了电容结构，作为微加速度计的感应器。其中的弹簧并非真正的弹簧，而是由硅材料经过立体加工形成的一种力学结构，它在加速度计中的作用相当于弹簧。当加速度计连同外界物体（该物体的加速度就是待测的加速度）一起加速运动时，质量块就受到惯性力的作用向相反的方向运动。质量块发生的位移受到弹簧和阻尼器的限制。显然该位移与外界加速度具有一一对应的关系：外界加速度固定时，质量块具有确定的位移；外界加速度变化时（只要变化不是很快），质量块的位移也发生相应的变化。另一方面，当质量块的发生位移时，可动臂和固定臂（即感应器）之间的电容就会发生相应的变化；如果测得感应器输出电压的变化，就等同于测得了执行器（质量块）的位移。既然执行器的位移与待测加速度具有确定的一一对应关系，那么输出电压与外界加速度也就有了确
力平衡加速度传感器原理设计 摘要：本文介绍了一种力平衡加速度传感器的原理设计方法。差容式力平衡加速度传感器在传统的机械传感器的基础上，采用差动电容结构，利用反馈原理把被测的加速度转换为电容器的电容量变化，将加速度的变化转变为电压值。使传感器的灵敏度、非线性、测量范围等性能得到很大的提高，使其在地震、建筑、交通、航空等各领域得到广泛应用。 关键词：加速度差容式力平衡传感器 加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。它是工业、国防等许多领域中进行冲击、振动测量常用的测试仪器。 1、加速度传感器原理概述 加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。差容式力平衡加速度传感器则把被测的加速度转换为电容器的电容量变化。实现这种功能的方法有变间隙，变面积，变介电常量三种，差容式力平衡加速度传感器利用变间隙，且用差动式的结构，它优点是结构简单，动态响应好，能实现无接触式测量，灵敏度好，分辨率强，能测量0.01um甚至更微小的位移，但是由于本身的电容量一般很小，仅几pF至几百pF，其容抗可高达几MΩ至几百 MΩ，所以对绝缘电阻的要求较高，并且寄生电容（引线电容及仪器中各元器件与极板间电容等）不可忽视。近年来由于广泛应用集成电路，使电子线路紧靠传感器的极板，使寄生电容，非线性等缺点不断得到克服。 差容式力平衡加速度传感器的机械部分紧靠电路板，把加速度的变化转变为电容中间极的位移变化，后续电路通过对位移的检测，输出
一个对应的电压值，由此即可以求得加速度值。为保证传感器的正常工作.，加在电容两个极板的偏置电压必须由过零比较器的输出方波电压来提供。 2、变间隙电容的基本工作原理 如式2－1所示是以空气为介质，两个平行金属板组成的平行板电容器，当不考虑边缘电场影响时，它的电容量可用下式表示： 由式（2－1）可知，平板电容器的电容量是、A、的函数，如果将上极板固定，下极板与被测运动物体相连，当被测运动物体作上、下位移（即变化）或左右位移（即A变化）时，将引起电容量的变化，通过测量电路将这种电容变化转换为电压、电流、频率等电信号输出根据输出信号的大小，即可测定物体位移的大小，若把这种变化应用到电容式差容式力平衡传感器中，当有加速度信号时，就会引起电容变化 C，然后转换成电压信号输出，根据此电压信号即可计算出加速度的大小。 由式（2－2）可知，极板间电容C与极板间距离是成反比的双曲线关系。由于这种传感器特性的非线性，所以工作时，一般动极片不能在
加速度计和陀螺仪传感器原理、检测及应用 摘要：微机电系统（MEMS）在消费电子领域的应用越来越普及，移动市场的增长也带动了MEMS需求的日益旺盛。实际上，MEMS传感器正在成为消费类和移动产品差异化的关键要素，例如游戏控制器、智能手机和平板电脑。MEMS为用户提供了与其智能设备交互的全新方式。本文简要介绍MEMS的工作原理、检测架构以及各种潜在应用。本文网络版地址：http：//https://www.doczj.com/doc/1311312647.html,/article/247467.htm 关键词：MEMS；加速度计；陀螺仪；传感器 DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2014.5.013 引言 微机电系统（MEMS）将机械和电子元件集成在微米级的小型结构中。利用微机械加工将所有电气器件、传感器和机械元件集成至一片共用的硅基片，从而由半导体和微加工技术组合而成。MEMS系统的主要元件是机械单元、检测电路以及ASIC或微控制器。本文简要介绍MEMS加速度计传感器和陀螺仪，讨论其工作原理、检测结构以及目前市场的热点应用，对我们日常生活具有深远的影响。 1 MEMS惯性传感器 MEMS传感器在许多应用中测量沿一个或多个轴向的
线性加速度，或者环绕一个或多个轴的角速度，以作为输入控制系统（图1）。 MEMS加速度计传感器通常利用位置测量接口电路测 量物体的位移，然后利用模/数转换器（ADC）将测量值转换为数字电信号，以便进行数字处理。陀螺仪则测量物体由于科里奥利加速度而发生的位移。 2 加速度计工作原理 根据牛顿第二定律，物理加速度（m/s2）与受到的合力（N）成正比，与其质量（kg）成反比，加速度方向与合力相同。 上述过程可简单归纳为：作用力导致物体发生位移，进而发生电容变化。将多个电极并联，可获得更大的电容变化，更容易检测到位移（图4）。V1和V2连接至电容的每侧，电容分压器的中心连接到物体。 物体重心的模拟电压通过电荷放大、信号调理、解调及低通滤波，然后利用Σ-ΔADC将其转换为数字信号。将ADC输出的数字比特流送至FIFO缓存器，后者将串行信号转换为并行数据流。随后，可通过诸如I2C或SPI等串行协议读取数据流，再将其送至主机做进一步处理（图5）。 Σ-ΔADC具有信号带宽较窄，分辨率非常高，适合加速度计应用。Σ-ΔADC输出由其位数决定，很容易转换成“g”（单位），用于加速度计算。“g”为重力加速度。
MEMS加速度计原理 技术成熟的MEMS加速度计分为三种:压电式、容感式、热感式。压电式MEMS加速度计运用的是压电效应，在其内部有一个刚体支撑的质量块，有运动的情况下质量块会产生压力，刚体产生应变，把加速度转变成电信号输出。 容感式MEMS加速度计内部也存在一个质量块，从单个单元来看，它是标准的平板电容器。加速度的变化带动活动质量块的移动从而改变平板电容两极的间距和正对面积，通过测量电容变化量来计算加速度。Freescale的MMA7660FC这一款加速度计（3-Axis Orientation/MotionDetection Sensor），这一款芯片也是利用这一原理设计的。datasheet的第9页介绍了其工作原理：当芯片有向右的加速度时，中间的活动质量快相对于另外两块电容板向左移动，这两平行板电容器的电容就发生了变化，从而测量出芯片运动的加速度。 热感式MEMS加速度计内部没有任何质量块，它的中央有一个加热体，周边是温度传感器，里面是密闭的气腔，工作时在加热体的作用下，气体在内部形成一个热气团，热气团的比重和周围的冷气是有差异的，通过惯性热气团的移动形成的热场变化让感应器感应到加速度值。 由于压电式MEMS加速度计内部有刚体支撑的存在，通常情况下，压电式MEMS加速度计只能感应到“动态”加速度，而不能感应到“静态”加速度，也就是我们所说的重力加速度。而容感式和热感式既能感应“动态”加速度，又能感应“静态”加速度。 从上面的分析中，我们可以看到利用容感式和热感式加速度计进行定向时，加速度计测得的加速度里面包括重力加速度在各个轴上的重力分量和动态运动引起的加速度分量。因而，我觉得我们在利用这一类加速度计进行定向时，必须将动态加速度去掉（较为困难）；在进行检测芯片的运动时，必须将重力加速度的去掉。 师兄，我觉得如果我们选择用加速度计来进行定向的话，我们可以考虑ST的LSM303DLH （5*5*1mm,0.83mA）这一款芯片。这一款芯片集成了测加速度和磁场的功能，完全可以满足我们定向的需求
加速度传感器原理与应用简介 1、什么是加速度传感器 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。 加速度计有两种：一种是角加速度计，是由陀螺仪（角速度传感器）的改进的。另一种就是线加速度计。 2、加速度传感器一般用在哪里 通过测量由于重力引起的加速度，你可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度，你可以分析出设备移动的方式。但是刚开始的时候，你会发现光测量倾角和加速度好像不是很有用。但是，现在工程师们已经想出了很多方法获得更多的有用的信息。 加速度传感器可以帮助你的机器人了解它现在身处的环境。是在爬山？还是在走下坡，摔倒了没有？或者对于飞行类的机器人来说，对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是，你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动。 目前最新IBM Thinkpad手提电脑里就内置了加速度传感器，能够动态的监测出笔记本在使用中的振动，并根据这些振动数据，系统会智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑做造成的硬盘损害，最大程度的保护里面的数据。另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。 概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，结构物、环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。 3、加速度传感器是如何工作的 线加速度计的原理是惯性原理，也就是力的平衡，A（加速度）=F（惯性力）/M（质量）我们只需要测量F就可以了。怎么测量F？用电磁力去平衡这个力就可以了。就可以得到F 对应于电流的关系。只需要用实验去标定这个比例系数就行了。当然中间的信号传输、放大、滤波就是电路的事了。 现代科技要求加速度传感器廉价、性能优越、易于大批量生产。在诸如军工、空间系统、科学测量等领域，需要使用体积小、重量轻、性能稳定的加速度传感器。以传统加工方法制造的加速度传感器难以全面满足这些要求。于是应用新兴的微机械加工技术制作的微加速度传感器应运而生。这种传感器体积小、重量轻、功耗小、启动快、成本低、可靠性高、易于实现数字化和智能化。而且，由于微机械结构制作精确、重复性好、易于集成化、适于大批量生产，它的性能价格比很高。可以预见在不久的将来，它将在加速度传感器市场中占主导地位。 微加速度传感器有压阻式、压电式、电容式等形式。 ·压电式 压电式传感器是利用弹簧质量系统原理。敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力，压电材料受此力作用后沿其表面形成与这一力成正比的电荷信号。压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点，是被最为广泛使用的振动测量传感器。虽然压
微机械加速度计的国内外发展概述 摘要：加速度计是惯性测量和导航系统的主要惯性元件之一。随着微电子加工技术向惯性技术的渗透，硅微加速度计已逐渐崭露头角并受到广泛的关注。作为一种新型惯性传感器，它在体积、重量、成本、功耗、可靠性和寿命等方面都具有同传统加速度计无可比拟的优势而且硅微型加速度计还可以和硅微型陀螺仪组合，构成微型惯性测量组合（MIMU）单元，用于战术武器、智能炮弹的制导系统，以及微小型卫星的测控定位系统，以及汽车、机器人等的测控系统中，是现在社会发展中广泛使用的一种仪器，因而对于该系统的研究和发展对于国防军事生产以及生活起着至关重要的作用。 正文： 一、微机械加速度计的分类简介及用途。 微机械加速度计是继微压力传感器后第二个进入市场的微机械传感器，可以通过积分来提供速度和位移信息。以微机械即速度计为核心的系统发展可广泛的应用于军事的发展中。由于微机械加速度计以集成电路工艺和微机械加工工艺为基础，将电子原件和机械原件集成在一块芯片上，具有体积小、质量轻、成本低、能耗低、集成度高等一系列的优点。而且其精度也再不断提高。微机械惯性仪表已从汽车工业、消费类电子产品、高速铁路、机器人、工业自动化等民用领域扩展到了航空航天惯性导航单元、战术导弹中段制导、引信等国防领域中。由于未来武器向着小型化、数字化、智能化方向发展，以及微纳米技术的发展和国防建设及国民经济建设对于中低精度惯性仪表的需求，微机械加速度计为主的仪表仪器将在未来的微惯性领驭中起到举足轻重的作用。微机械加速度计的种类较多，以下为对于机械加速度计的详细分类： （1）按照质量的运动方式来划分的微机械加速度计分类如下： （2）按照检测质量的支承方式来划分的为机械加速度计分类如下：
电容式微加速度计 电容式微加速度计的三种常见结构： 1、扭摆式微加速度计（跷跷板式） 2、梳齿式微加速度计（叉指式） 3、悬臂梁式加速度计（三明治式） 1、扭摆式微加速度计（跷跷板式） 结构：,扭摆式微硅型加速度计由一对挠性轴; 一个板块; 一个质量块和四个电极 (二个敏感电极,二个激励电极)组成。加速度计的挠性抽在扭转方向上是很软的,而在其它方向上很硬。 工作原理：质量块在加速度作用下,产生扭矩使加速度计的挠性轴扭转,引起输出敏感电容的变化。（工作简图、计算公式） 公式中的参数：A 为敏感电极宽度; L 为加速度计板块长度; L - x 0 为敏感电极的长度。X为介电常数。 如图2 所示, 当无加速度输人时, 摆元件处于平衡位置, 每个传感器电极的极板之间间隙相等, 电容量也相等, 无电压输出。当有加速度a 输人时, 检测质量的’惯性力将对挠性轴产生惯性力矩( 即图2 中的Ma),使摆元件绕挠性轴偏转O, 导致敏感电容器的一个极板的间隙增大, 电容减小。另一个极板的间隙减小, 电容增大。将其电容值△ C 作为一个控制信号, 经后续电子线路形成加在力矩器电极( 即施力电极)上的控制电压△U。同时在力矩器的控制极板上施加偏置电压Uo。在控制电压作用下, 间隙大的电极上的电压增大而使静电吸力增大; 间隙小的电极上的电压减小而使静电吸力减小。其吸力差对挠性轴产生的静电力矩( 即图2 中的Me)作用, 以平衡由加速度产生的惯性力矩Ma。同样控制电压△u 正比于输人加速度。, 根据控制电压的大小即可测得加速度值。 式中: k。为比例系数( 由极板的结构尺寸所决定) ; kd为检测控制电路的增益( 完全由后续电路所决定) ;ku为加速度计的标度因数。 制作工艺： 步骤： 图6(a )在N 型< 100>硅片上进行氧化和挠性轴支承扩散,要求硼扩散浓度大于1×1020 图6( b )进行第一次EPW腐蚀(各向异性腐蚀)形成加速度计板块与玻璃之间的间隙D 图6( c)进行第二次浓硼扩散,为制作加速度计的质量块。 图6( d)进行第三次浓硼扩散,制作加速度计的板块 图6( e)进行第四次浓硼扩散,制作加速度计的挠性轴。 图6( f )选择7741玻璃,溅射Cr- Ti- Au,光刻形成电极及引出。 图6( g ) ,玻璃和硅片静电键合(注意对准)。
微系统设计与应用 加速度传感器的原理与构造 班级：2012机自实验班 指导教师：xxx 小组成员：xxx xx大学机械工程学院 二OO五年十一月
摘要 随着硅微机械加工技术(MEMS)的迅猛发展,各种基于MEMS技术的器件也应运而生,目前已经得到广泛应用的就有压力传感器、加速度传感器、光开关等等,它们有着体积小、质量轻、成本低、功耗低、可靠性高等特点,而且因为其加工工艺一定程度上与传统的集成电路工艺兼容,易于实现数字化、智能化以及批量生产,因而从问世起就引起了广泛关注,并且在汽车、医药、导航和控制、生化分析、工业检测等方面得到了较为迅速的应用。其中加速度传感器就是广泛应用的例子之一。加速度传感器的原理随其应用而不同，有压阻式，电容式，压电式，谐振式等。本文着手于不同加速度传感器的原理、制作工艺及应用展开，能够使之更加全面了解加速度传感器。 关键词：加速度传感器，压阻式，电容式，原理，构造
目录 1 压阻式加速度传感器 (2) 1.1 压阻式加速度传感器的组成 (2) 1.2 压阻式加速度传感器的原理 (2) 1.2.1 敏感原理 (3) 1.2.2 压阻系数 (4) 1.2.3 悬臂梁分析 (5) 1.3 MEMS压阻式加速度传感器制造工艺 (6) 1.3.1结构部分 (6) 1.3.2 硅帽部分 (7) 1.3.3键合、划片 (9) 2电容式加速度传感器 (9) 2.1电容式加速度传感器原理 (9) 2.1.1 电容器加速度传感器力学模型 (9) 2.1.2电容式加速度传感器数学模型 (10) 2.2电容式加速度传感器的构造 (12) 2.2.1机械结构布局的选择与设计 (12) 2.3.2材料的选择 (14) 2.3.3工艺的选择 (14) 2.3.4具体构造及加工工艺 (15) 3 其他加速度传感器 (17) 3.1 光波导加速度计 (17) 3.2微谐振式加速度计 (17) 3.3热对流加速度计 (18) 3.4压电式加速度计 (18) 4 加速度传感器的应用 (19) 4.1原理 (19) 4.2 功能 (19) 参考文献 (20)
陀螺仪”和“加速度计”工作原理 2016-09-17 16:14:40 作者：没有夏天的四叶草修改：小马hoty 时间：2016/1/10 最近看到加速度计和陀螺仪比较火，而且也有很多人都在研究。于是也在网上淘了一个mpu6050模块，想用来做自平衡小车。可是使用起来就发愁了。网上关于mpu6050的资料的确不少，但是大家都是互相抄袭，然后贴出一段程序，看完之后还是不知道所以然。经过翻阅各个方面的资料，以及自己的研究在处理mpu6050数据方面有一些心得，在这里和大家分享一下。 1、加速度和陀螺仪原理 当然，在开始之前至少要弄懂什么是加速度计，什么是陀螺仪吧，否则那后边讲的都是没有意义的。简单的说，加速度计主要是测量物体运动的加速度，陀螺仪主要测量物体转动的角速度。这些理论的知识我就不多说了，都可以在网上查到。这里推荐一篇讲的比较详细的文章《AGuide To using IMU (Accelerometer and Gyroscope Devices) inEmbeddedApplications》，在网上可以直接搜索到。 2、加速度测量 在开始之前，不知大家是否还记得加速度具有合成定理？如果不记得可以先大概了解一下，其实简单的举个例子来说就是重力加速度可以理
解成是由x,y,z三个方向的加速度共同作用的结果。反过来说就是重力加速度可以分解成x,y,z三个方向的加速度。 加速度计可以测量某一时刻x,y,z三个方向的加速度值。而自平衡小车利用加速度计测出重力加速度在x,y,z轴的分量，然后利用各个方向的分量与重力加速度的比值来计算出小车大致的倾角。其实在自平衡小车上非静止的时候，加速度计测出的结果并不是非常精确。因为大家在高中物理的时候都学过，物体时刻都会受到地球的万有引力作用产生一个向下的重力加速度，而小车在动态时，受电机的作用肯定有一个前进或者后退方向的作用力，而加速度计测出的结果是，重力加速度与小车运动加速度合成得到一个总的加速度在三个方向上的分量。 不过我们暂时不考虑电机作用产生的运动加速度对测量结果的影响。因为我们要先把复杂的事情分解成一个个简单的事情来分析，这样才能看到成果，才会有信心继续。 下边我们就开始分析从加速度得到角度的方法。如下图，把加速度 计平放，分别画出xyz轴的方向。这三个轴就是我们后边分析所要用到的坐标系。如图一
附件3 MEMS加速度计原理与应用介绍 1、什么是MEMS加速度计？ 加速度计是一种惯性传感器，能够测量物体的加速力。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就比如地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)加速度计就是使用MEMS技术制造的加速度计。由于采用了微机电系统技术，使得其尺寸大大缩小，一个MEMS 加速度计只有指甲盖的几分之一大小。MEMS加速度计具有体积小、重量轻、能耗低等优点。 2、MEMS加速度计一般用在哪里？ 通过测量由于重力引起的加速度，你可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度，你可以分析出设备移动的方式。现在工程师们已经想出了很多方法获得更多的有用的信息。 MEMS加速度计可以帮助你的机器人了解它现在身处的环境。是在爬山？还是在走下坡，摔倒了没有？或者对于飞行类的机器人来说，对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是，你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。一个好的工程师能够使用MEMS加速度计来回答所有上述问题。 目前最新IBM Thinkpad手提电脑里就内置了MEMS加速度计，能够动态的监测出笔记本在使用中的振动，并根据这些振动数据，系统会智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑所造成的硬盘损害，最大程度地保护里面的数据。目前在一些先进的移动硬盘上也使用了这项技术。 另外一个用处就是在目前的数码相机和摄像机里，用MEMS加速度计来检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。 MEMS加速度计还可以用来分析发动机的振动。汽车防撞气囊的启动也可以由MEMS加速度计控制。
加速度传感器原理与使用选择 2011-10-08 9:29 加速度：（Acceleration）是速度变化量与发生这一变化所用时间的比值 （△V/△t），是描述物体速度改变快慢的物理量，通常用a表示， a=F/m,加速度只和施加在物体上合力F，和物体的质量有关，与速度和时间无关。 重力加速度：地球表面附近的物体因受重力产生的加速度叫做重力加速度，也叫自由落体加速度，用g表示。重力加速度g的方向总是竖直 向下的。在同一地区的同一高度，任何物体的重力加速度都是相同的。 惯性传感器：应用惯性原理和测量技术，感受载体运动的加速度、位置和姿态的各种敏感装置。如加速度传感器，陀螺仪 MEMS是（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写，它是指可批量制作的，集微型机械结构构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。现在的加速度传感器，陀螺仪都是基于MEMS的。 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。
加速度传感器可以帮助你的机器人了解它现在身处的环境。是在爬山？还是在走下坡，摔倒了没有？或者对于飞行类的机器人来说，对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是，你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动。概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，结构物、环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。 加速度传感器工作原理： 线加速度计的原理是惯性原理，也就是力的平衡，A(加速度)=F(惯性 力)/M(质量)我们只需要测量F就可以了。怎么测量F？用电磁力去平衡这个力就可以了。就可以得到F对应于电流的关系。只需要用实验去标定这个比例系数就行了。当然中间的信号传输、放大、滤波就是电路的事了。 多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。 所谓的压电效应就是"对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应"。 一般加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关
MEMS加速度计的原理及运用
目录 1.MEMS加速度计基本原理分析 1.1 MEMS简介 1.2微加速度计的类型 1.3 差分电容式加速度计的结构模型及其工作原理 1.4 MEMS微加速度计的制造工艺 1.5 MEMS微加速度计主要性能指标的设计和控制 1.6 MEMS加速度计的其它结构 1.7 各厂商MEMS加速芯片参数对比 1.8 线性度 1.9灵敏度与功耗 2．MEMS加速度计国内外现状 3．微加速度计的发展趋势 4．MEMS加速度计应用前景分析 5．用MEMS加速度计测量加速度、角度
1.1MEMS简介 随着MEMS技术的发展，惯性传感器件在过去的几年中成为最成功，应用最广泛的微机电系统器件之一，而微加速度计（microaccelerometer）就是惯性传感器件的杰出代表。微加速度计的理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。结合陀螺仪（用来测角速度），就可以对物体进行精确定位。根据这一原理，人们很早就利用加速度计和陀螺进行轮船，飞机和航天器的导航，近年来，人们又把这项技术用于汽车的自动驾驶和导弹的制导。汽车工业的迅速发展又给加速度计找到了新的应用领域，汽车的防撞气囊（Air Bag）就是利用加速度计来控制的。 作为最成熟的惯性传感器应用，现在的MEMS加速度计有非常高的集成度，即传感系统与接口线路集成在一个芯片上。本文将就微加速度计进行初步设计，并对其进行理论分析。 1.2 微加速度计的类型 1.2.1 压阻式微加速度计 压阻式微加速度计是由悬臂梁和质量块以及布置在梁上的压阻组成，横梁和质量块常为硅材料。当悬臂梁发生变形时，其固定端一侧变形量最大，故压阻薄膜材料就被布置在悬臂梁固定端一侧（如图1所示）。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。压电式微加速度计是最早出现的微加速度计，其优点是：结构简单，芯片的制作相对容易，并且接口电路易于实现。其缺点是：温度系数比较大，对温度比较敏感；和其他原理微加速度计相比，其灵敏度比较低，蠕变和迟滞效应比较明显。
加速度传感器原理与应用 一．网站 https://www.doczj.com/doc/1311312647.html, 二．加速度传感器原理与应用 1、概述 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。加速度计有两种：一种是角加速度计，是由陀螺仪（角速度传感器）的改进的。另一种就是线加速度计。 2、加速度传感器应用领域 通过测量由于重力引起的加速度，你可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度，你可以分析出设备移动的方式。但是刚开始的时候，你会发现光测量倾角和加速度好像不是很有用。但是，现在工程师们已经想出了很多方法获得更多的有用的信息。加速度传感器可以帮助你的机器人了解它现在身处的环境。是在爬山？还是在走下坡，摔倒了没有？或者对于飞行类的机器人来说，对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是，你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。 加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动。目前最新IBMThinkpad手提电脑里就内置了加速度传感器，能够动态的监测出笔记本在使用中的振动，并根据这些振动数据，系统会智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑做造成的硬盘损害，最大程度的保护里面的数据。另外一
个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，结构物、环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。 3、加速度传感器工作原理 加速度计的原理是惯性原理，也就是力的平衡，A（加速度）=F（惯性力）/M（质量）我们只需要测量F就可以了。怎么测量F？用电磁力去平衡这个力就可以了。就可以得到F 对应于电流的关系。只需要用实验去标定这个比例系数就行了。当然中间的信号传输、放大、滤波就是电路的事了。 现代科技要求加速度传感器廉价、性能优越、易于大批量生产。在诸如军工、空间系统、科学测量等领域，需要使用体积小、重量轻、性能稳定的加速度传感器。以传统加工方法制造的加速度传感器难以全面满足这些要求。于是应用新兴的微机械加工技术制作的微加速度传感器应运而生。这种传感器体积小、重量轻、功耗小、启动快、成本低、可靠性高、易于实现数字化和智能化。而且，由于微机械结构制作精确、重复性好、易于集成化、适于大批量生产，它的性能价格比很高。可以预见在不久的将来，它将在加速度传感器市场中占主导地位。 微加速度传感器有压阻式、压电式、电容式等形式。 1）压电式 压电式传感器是利用弹簧质量系统原理。敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力，压电材料受此力作用后沿其表面形成与这一力成正比的电荷信号。压电
加速度传感器的工作原理： 线加速度计的原理是惯性原理，也就是力的平衡，A(加速度)=F(惯性力)/M(质量) 我们只需要测量F就可以了。怎么测量F？用电磁力去平衡这个力就可以了。就可以得到F对应于电流的关系。只需要用实验去标定这个比例系数就行了。当然中间的信号传输、放大、滤波就是电路的事了。 多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。 所谓的压电效应就是"对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应"。 一般加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。当然，还有很多其它方法来制作加速度传感器，比如压阻技术，电容效应，热气泡效应，光效应，但是其最基本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。每种技术都有各自的机会和问题。 压阻式加速度传感器由于在汽车工业中的广泛应用而发展最快，加速度传感器主要用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面。由于安全性越来越成为汽车制造商的卖点，这种附加系统也越来越多。压阻式加速度传感器2000年的市场规模约为4.2亿美元，根据有关调查，预计其市值将按年平均4.1%速度增长，至2007年达到5.6亿美元。这其中，欧洲市场的速度最快，因为欧洲是许多安全气囊和汽车生产企业的所在地。 压电技术主要在工业上用来防止机器故障，使用这种传感器可以检测机器潜在的故障以达到自保护，及避免对工人产生意外伤害，这种传感器具有用户，尤其是质量行业的用户所追求的可重复性、稳定性和自生性。但是在许多新的应用领域，很多用户尚无使用这类传感器的意识，销售商冒险进入这种尚待开发的市场会麻烦多多，因为终端用户对由于使用这种传感器而带来的问题和解决方法都认识不多。如果这些问题能够得到解决，将会促进压电传感器得到更快的发展。2002年压电传感器市值为3亿美元，预计其年增长率将达到4.9%，到2007年达到4.2亿美元。
加速度计和陀螺仪原理 MEMS 加速度计原理 技术成熟的MEMS 加速度计分为三种:压电式、容感式、热感式。压电式MEMS 加速度计运用的是压电效应，在其内部有一个刚体支撑的质量块，有运 动的情况下质量块会产生压力，刚体产生应变，把加速度转变成电信号输出。 容感式MEMS 加速度计内部也存在一个质量块，从单个单元来看，它是标 准的平板电容器。加速度的变化带动活动质量块的移动从而改变平板电容两极 的间距和正对面积，通过测量电容变化量来计算加速度。Freescale 的 MMA7660FC 这一款加速度计(3-Axis Orientation/Motion Detection Sensor)，这一款芯片也是利用这一原理设计的。datasheet 的第9 页介绍了其工作原理：当 芯片有向右的加速度时，中间的活动质量快相对于另外两块电容板向左移动， 这两平行板电容器的电容就发生了变化，从而测量出芯片运动的加速度。 热感式MEMS 加速度计内部没有任何质量块，它的中央有一个加热体，周 边是温度传感器，里面是密闭的气腔，工作时在加热体的作用下，气体在内部 形成一个热气团，热气团的比重和周围的冷气是有差异的，通过惯性热气团的 移动形成的热场变化让感应器感应到加速度值。 由于压电式MEMS 加速度计内部有刚体支撑的存在，通常情况下，压电式MEMS 加速度计只能感应到动态加速度，而不能感应到静态加速度，也就是我 们所说的重力加速度。而容感式和热感式既能感应动态加速度，又能感应静态 加速度。 从上面的分析中，我们可以看到利用容感式和热感式加速度计进行定向时， 加速度计测得的加速度里面包括重力加速度在各个轴上的重力分量和动态运动 引起的加速度分量。因而，我觉得我们在利用这一类加速度计进行定向时，必
加速度传感器原理 加速度传感器可以帮助你的机器人了解它现在身处的环境。是在爬山？还是在走下坡，摔倒了没有？或者对于飞行类的机器人来说，对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是，你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动。 通过测量由于重力引起的加速度，你可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度，你可以分析出设备移动的方式。但是刚开始的时候，你会发现光测量倾角和加速度好像不是很有用。但是，现在工程师们已经想出了很多方法获得更多的有用的信息。 有些笔记本电脑里就内置了加速度传感器，能够动态的监测出笔记本在使用中的振动，并根据这些振动数据，系统会智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑做造成的硬盘损害，最大程度的保护里面的数据。另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。 加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，结构物、环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。 加速度传感器工作原理 线加速度计的原理是惯性原理，也就是力的平衡，A（加速度）=F（惯性力）/M（质量）我们只需要测量F就可以了。怎么测量F？用电磁力去平衡
这个力就可以了。就可以得到 F对应于电流的关系。只需要用实验去标定这个比例系数就行了。当然中间的信号传输、放大、滤波就是电路的事了。 现代科技要求加速度传感器廉价、性能优越、易于大批量生产。在诸如军工、空间系统、科学测量等领域，需要使用体积小、重量轻、性能稳定的加速度传感器。以传统加工方法制造的加速度传感器难以全面满足这些要求。于是应用新兴的微机械加工技术制作的微加速度传感器应运而生。这种传感器体积小、重量轻、功耗小、启动快、成本低、可靠性高、易于实现数字化和智能化。而且，由于微机械结构制作精确、重复性好、易于集成化、适于大批量生产，它的性能价格比很高。可以预见在不久的将来，它将在加速度传感器市场中占主导地位。 微加速度传感器有压阻式、压电式、电容式等形式。 压电式传感器是利用弹簧质量系统原理。敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力，压电材料受此力作用后沿其表面形成与这一力成正比的电荷信号。压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点，是被最为广泛使用的振动测量传感器。虽然压电式加速度传感器的结构简单，商业化使用历史也很长，但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关，因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常大。与压阻和电容式相比，其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。
加速度传感器的工作原理和发展趋势 随着社会的快速发展，加速度传感器跟我们日常生活的联系越来越密切了。为了可以详细了解运动的物体的相关运动状态，所以才使用加速度的测量。因此它可以应用在各方面的测量当中的，例如环境检测、地质的检测、大坝的振动的检测以及分析还有报警系统的检测、汽车的相关启动的检测等等。它已经在很多地方领域得到广泛的利用了，例如：汽车方面、武器系统方面还有航天航空方面等等。 加速度传感器是根据牛顿的第二定律而制造出来的。它是根据传感器里面的敏感的元件因为受到外力的作用导致发生形变，然后利用仪器测量它的变形量，接着利用相关的电路把变形量转换成电压输出来，这样就可以得到对应的加速度的信号，因此可以测量加速度。它的主要技术指标有3个。 灵敏度方面的技术指标：对于一个仪器来说，一般都是灵敏度越高越好的，因为越灵敏，对周围环境发生的加速度的变化就越容易感受到，加速度变化大，很自然地，输出的电压的变化相应地也变大，这样测量就比较容易方便，而测量出来的数据也会比较精确的。 带宽方面的技术指标：带宽指的的是传感器可以测量的有效的频带，比如，一个传感器有上百HZ带宽的就可以测量振动了；一个具有五十HZ带宽的传感器就可以有效测量倾角了。 量程方面的技术指标：测量不一样的事物的运动所需要的量程都是不一样的，要根据实际情况来衡量。 现在加速度传感器的发展越来越好了，但是也存在一些方面的不
足。例如对微小型化多轴传感器的研究。现在很多工艺和集成电路的技术已经成熟了，那么市场和军事方面对它的需求自然会相应地增加，因此现在各大领域都大力地投入成本进行对多轴的加速度传感器的研究。因为谐振式传感器具备很多的优点，例如精度高和稳定性高等特点，所以很多领域对它的研究都很热门。但是它又因为检测频率信号比较棘手，使它的发展造成一定程度上的限制。但是现在发现可以利用同一个硅片上所集成的智能检测电路，能够把频率信号快速地提取出来，所以让它在国际上又得到大力的研究。德国一些微系统中心、美国的某些大学已经开始得到一定的研究成就了，但是还需要继续研究下去的。当然，国内也有相关的大学也对它进行探索，相信在不久的将来，各领域对它的研究会有很大的飞跃的。因为现在发生了很多爆炸和武器的侵彻现象，所以现在很多领域都对高流程的加速度传感器展开深入的研究了，这样，航天航空和军事方面的发展前景将是无限大的。现在有一种高g值加速度传感器已经采用了微机械加工工艺，使得它的可靠性更高、测量的流程更广还有体积小等等的特点，这样的技术对传感器的发展是很有帮助的。以后，我相信国际上对它的要求也会越来越严格的。