硅微电容式加速度传感器结构设计

MEMS电容式加速度计原理一、工作原理MEMS电容式加速度计是一种基于微机械加工技术制成的传感器，用于测量加速度。

其核心部分是可移动的感应质量块和固定电极，它们之间存在微小的间距。

在工作状态下，当被测物体发生加速度时，感应质量块会受到力的作用，从而产生位移。

这个位移量会改变感应质量块与固定电极之间的距离，从而引起电容值的改变。

通过测量电容值的变化，可以推导出物体的加速度。

二、结构设计MEMS电容式加速度计的典型结构包括一个可移动的感应质量块和两个对称的固定电极。

感应质量块通常采用单晶硅材料制成，形状为长方形或圆形，其两端固定在弹性梁上。

弹性梁的材料一般为氮化硅或石英，它们具有良好的弹性性能和稳定的热性能。

固定电极一般采用金属材料制成，与硅衬底形成电容器。

当加速度作用在感应质量块上时，感应质量块会沿着敏感轴方向产生位移，从而改变电容器的电容值。

三、电容变化当感应质量块发生位移时，它与固定电极之间的距离会发生变化，导致电容值的改变。

这个电容变化量可以通过外部电路检测并转换为电压信号输出。

在MEMS电容式加速度计中，通常采用差分电容检测方式来提高检测灵敏度和减小外界干扰的影响。

差分电容检测方式是将两个对称的电容器串联在一起，通过测量两个电容器的电容差值来推导出加速度值。

四、测量范围MEMS电容式加速度计的测量范围取决于其结构设计、制造工艺和材料选择等因素。

一般来说，MEMS电容式加速度计的测量范围在±2g 至±10g之间。

在实际应用中，可以根据需要选择适合测量范围的加速度计。

此外，为了减小测量误差和提高测量的稳定性，可以对加速度计进行温度补偿和线性补偿等处理。

五、方向测量MEMS电容式加速度计一般只能测量单一方向的加速度值，而要实现方向测量则需要使用多个加速度计。

一般来说，将多个MEMS电容式加速度计按不同的方向布置在同一个被测物体上，每个加速度计负责测量一个方向的加速度值。

通过对这些加速度值进行处理和分析，可以获得物体在三维空间中的运动状态和方向信息。

mems加速度计z轴结构及工作原理mems加速度计是一种基于微机电系统（MEMS）技术的传感器，用于测量物体在三维空间中的加速度，其中z轴加速度是指物体在垂直于地面的方向上的加速度。

mems加速度计的结构可分为三个主要部分：质量块、支撑结构和感应电极。

质量块是mems加速度计的核心部件，通常采用微米级别的硅质材料制成。

支撑结构用于支撑质量块，以保持其相对静止位置，一般由弹性材料制成。

感应电极则用于测量质量块的位移，从而间接测量物体在z轴方向上的加速度。

mems加速度计的工作原理基于质量块的惯性。

当物体受到外力作用时，质量块会发生位移，而这种位移会导致感应电极间的电容发生变化。

通过测量电容的变化，可以推断出质量块的位移大小，从而得到物体在z轴方向上的加速度。

具体而言，mems加速度计利用电容变化来测量质量块的位移。

当物体受到加速度时，质量块会发生相应的位移，导致感应电极之间的电容发生变化。

通过测量电容的变化，可以确定质量块的位移量，从而得到物体在z轴方向上的加速度。

为了实现这一测量过程，mems加速度计通常采用差动电容结构。

差动电容结构由两对相等的感应电极组成，分别位于质量块的两侧。

当质量块发生位移时，感应电极之间的电容会发生变化。

通过测量两对感应电极之间的电容差值，可以确定质量块的位移量，进而计算出物体在z轴方向上的加速度。

为了提高mems加速度计的灵敏度和精度，还可以采用一些增强措施。

例如，可以在质量块和支撑结构之间设置减震垫，以减小外界干扰对加速度测量的影响。

同时，还可以采用温度补偿技术，通过测量环境温度的变化来修正mems加速度计的输出，以提高其稳定性和准确性。

mems加速度计是一种基于微机电系统技术的传感器，用于测量物体在三维空间中的加速度。

通过测量质量块的位移，可以间接得到物体在z轴方向上的加速度。

其结构简单、工作原理清晰，可以应用于许多领域，如运动追踪、姿态控制、智能手机等。

随着MEMS技术的不断发展，mems加速度计将会在更多领域发挥重要作用。

电容式硅微机械加速度计系统的特性研究摘要: 微硅电容式加速度计是目前微硅加速度传感器发展的主流,影响其性能有多方面的因素。

现详细分析了电容式微加速度计敏感模态的工作原理,阐述了不同情况下提高加速度计静态灵敏度所应采取的措施,给出了加速度计三种振动模态的谐振频率与结构参数之间的关系,通过对加速度计集总模型分析,得到了反映和影响加速度计性能的阻尼、灵敏度、分辨率和吸附电压等关键物理量的具体表达形式。

从而可知,加速度计的性能和梁的尺寸,检测质量块质量、极板面积、开孔数目等因素有关。

关键词: 微加速度计，模态，灵敏度0 引言微机电系统(Micro Electron Mechanical Systems ,MEMS) 技术是近20 年来发展起来的一个新兴技术领域,是人们用以在微观领域认识和改造客观世界的一种高新技术。

微加速度计是MEMS 的重要内容。

硅微加速度计以其优良的机械和电气性能越来越受到人们的重视。

全硅加速度计已成为加速度传感器技术的重要研究方向。

微硅加速度计,按检测原理可分为压阻式、谐振式、电容式等形式。

其中,电容式加速度计具有精度高、噪声特性好、漂移低、温度敏感性小、功耗低、结构简单等优点。

逐渐成为微硅加速度传感器的发展主流。

本文在分析电容式加速度计敏感模态工作原理的基础上,较全面地分析了影响电容式加速度计性能的各种因素,为研制高量程、高精度、高灵敏度的电容式加速度计提供了理论依据。

1 工作原理和模态分析1. 1 工作原理图1 是一种微硅电容式加速度计的结构简图。

加速度计的敏感部分由一个检测质量块和挠性梁组成。

检测质量块通过挠性梁与单晶硅基底(固定端)相连,并被支悬在基底上方。

充当检测电极用的多晶硅平板通过加固肋与基底相连,并被等间距的固定在检测质量块的上下两面,与检测质量块形成差动电容。

当在z 方向有加速度加入时,检测质量块在惯性力作用下,沿z 方向产生一个微小偏置Δd ,导致质量块与上下两极板之间电容发生变化,通过检测电路测出电容差值,就可换算出加速度值[1 ] 。