专业学位硕士学位论文
电容式加速度传感器的优化设计
ＴｈｅＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＣａｐａｃｉｔｉｖｅＡｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎＳｅｎｓｏｒ学号：３１２０９００１
大连理工大学
ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
电容式加速度传感器的优化设计
２电容式加速度传感器的结构设计
在数以百计的加速度传感器中，电容式加速度传感器以其自身的特点和优势受到研究人员的青睐。相比于压电式和压阻式两种依赖于敏感材料自身的特性制作的传感器，电容式加速度传感器则是通过改变可动电极与固定电极之间的电容大小来间接的完成对物体所受加速度大小的测量，因此根据该类传感器结构的不同，可将电容式加速度传感器分为变极距式、变面积式和变介质式三种类型，下面将对这三种不同类型的传感器模型做出相应理论分析和数学推导。
２．１电容式加速度传感器的结构特点
根据牛顿第二定理可知，在质量一定的情况下，物体的加速度和物体所受到的合外力成正比，如式２．１：
Ｆ：堡：垡生型：聊幸ｄｖ：…ｍａ（２ｚ．１）
一＝一＝—－二——＿二＝，’，’＝Ｉ．１Ｊ
ｄｔｄｔｄｔ
而对于外力Ｆ的测量，只需要将质量块与弹簧相连接，根据胡克定理可得式２．２：
Ｆ＝缸（２．２）
其中，ｋ为弹簧的劲度系数，而Ｘ则是质量块因合外力作用而使弹簧发生的形变量，故此可得式２．３：
由式２．３可以得出，质量一定的质量块因受到加速度作用而发生的位移与该加速度的大小成比例，故此，我们只需测得质量块在受到加速度作用时位移的改变量就可间接的知道物体所受的加速度大小。在ＭＥＭＳ研究高速发展的今天，越来越多的传感器制作选用了硅基材料，因此，大多数情况下Ｘ所代表的是质量块因受到加速度的作用而引起的硅基材料的形变，但在微小形变范围内，物体的位移仍然与它所受的外力大小成正比关系。
对于平行板电容器模型来说，它的电容公式为２．４：
ｃ：—Ｌ宰三』（２．４）
４ｎｋｏｄ