电容式微加速度计
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加速度计工作原理加速度计是一种用于测量物体加速度的仪器,它在工程、航空航天、汽车以及消费类电子产品中都有着广泛的应用。
加速度计的工作原理主要基于牛顿第二定律和惯性原理,通过测量物体的加速度来实现对物体运动状态的监测和控制。
本文将对加速度计的工作原理进行详细介绍,希望能够帮助读者更好地理解加速度计的工作原理。
加速度计是一种基于微机电系统(MEMS)技术的传感器,它通常由质量块和感应电路组成。
当物体发生加速度变化时,质量块会受到惯性力的作用而发生位移,感应电路会通过测量质量块的位移来得到加速度的大小。
在加速度计中,常用的测量原理包括电容式、压阻式和谐振式等,它们都是基于质量块的位移与感应电路的输出信号之间的关系来实现加速度测量的。
在电容式加速度计中,质量块与固定电极之间会形成一个电容器,当质量块发生位移时,电容器的电容值会发生变化,感应电路通过测量电容值的变化来得到加速度的大小。
而在压阻式加速度计中,质量块与感应电路之间会连接一个压阻器,当质量块发生位移时,压阻器的电阻值会发生变化,感应电路通过测量电阻值的变化来得到加速度的大小。
而在谐振式加速度计中,质量块与感应电路之间会形成一个谐振系统,当质量块发生位移时,谐振系统的谐振频率会发生变化,感应电路通过测量谐振频率的变化来得到加速度的大小。
无论是哪种测量原理,加速度计的工作原理都是基于质量块的位移与感应电路的输出信号之间的关系来实现对加速度的测量。
在实际应用中,加速度计可以通过微处理器来对输出信号进行处理,并最终得到物体的加速度信息。
通过对加速度信息的监测和分析,可以实现对物体运动状态的控制和调节,从而在工程、航空航天、汽车以及消费类电子产品中发挥着重要的作用。
总之,加速度计是一种用于测量物体加速度的重要仪器,它的工作原理主要基于牛顿第二定律和惯性原理,通过测量物体的加速度来实现对物体运动状态的监测和控制。
通过对加速度计的工作原理进行深入的了解,可以更好地应用和开发加速度计在各个领域的应用,从而更好地满足人们对物体运动状态监测和控制的需求。
met常见检测方法【实用版3篇】《met常见检测方法》篇1MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems,微机电系统)是一种基于微电子技术的新型传感器技术。
MEMS 加速度计是一种常用的MEMS 传感器,它可以测量物体在三个轴向上的加速度。
以下是几种常见的MEMS 加速度计检测方法:1. 激光束扫描法:利用激光束扫描MEMS 加速度计的表面,通过检测激光束反射回来的时间来计算加速度计的位移。
这种方法具有非接触、高分辨率和快速响应的优点。
2. 电容式测量法:MEMS 加速度计通常采用电容式传感器结构,通过测量电容值的变化来感应加速度。
这种方法具有结构简单、灵敏度高和响应速度快等优点。
3. 压电式测量法:压电材料在电场作用下会发生形变,从而产生电荷。
利用这一原理,可以测量MEMS 加速度计的变形量,从而计算加速度。
4. 磁阻式测量法:利用磁阻效应,通过测量磁阻值的变化来感应加速度。
这种方法具有灵敏度高、结构简单和响应速度快等优点。
5. 光纤光栅法:利用光纤光栅的特性,通过测量光栅的变形量来计算加速度。
这种方法具有非接触、高分辨率和快速响应的优点。
6. 谐振式测量法:利用MEMS 谐振器的振动频率与加速度之间的关系,通过测量谐振器的振动频率变化来计算加速度。
这种方法具有灵敏度高、结构简单和响应速度快等优点。
《met常见检测方法》篇2"MET" 可以指代多种不同的事物,因此需要更具体的上下文才能回答这个问题。
以下是一些可能与"MET" 相关的常见检测方法:1. MET 基因扩增检测:MET 基因扩增是一种常见的致癌机制,特别是在肺癌中。
MET 基因扩增的检测方法包括荧光定量PCR、数字PCR 和NGS 等。
2. MET 蛋白表达检测:MET 蛋白表达通常通过免疫组化(IHC)或免疫印迹(Western blot) 等方法进行检测。
3. MET 突变检测:MET 基因突变也是一种常见的致癌机制。
MEMS加速度计的原理和运用MEMS加速度计(Micro-Electro-Mechanical Systems Accelerometer)是一种基于微机电系统技术的加速度传感器。
它可测量物体在三个坐标轴上的加速度,并广泛应用于许多领域,如智能手机、运动追踪、汽车安全系统等。
本文将详细介绍MEMS加速度计的原理和运用。
一、MEMS加速度计原理静态感应器通常由一个固定不动的基板、附着在基板上的引力传感器,以及一个用于测量引力传感器偏转的电容器或压阻器组成。
在无外力作用时,引力传感器受到引力的作用,不会发生偏转。
移动感应器通常由一个能够相对于基板移动的质量块和一个弹簧组成。
当物体在一些方向上加速时,质量块由于惯性而相对于基板发生位移,这一位移会引起弹簧产生恢复力。
通过测量恢复力的大小,可以确定加速度的大小。
MEMS加速度计一般采用压电效应或电容效应来实现测量。
在压电效应中,当质量块位移时,压电材料会产生电荷。
而在电容效应中,质量块的位移会改变电容器的电容值。
通过测量电荷或电容的改变,可以确定加速度的大小。
二、MEMS加速度计的运用1.智能手机和移动设备MEMS加速度计广泛应用于智能手机和移动设备中。
它可以检测手机的姿态、方向和动作。
例如,当手机倾斜时,加速度计可以检测到这一变化,并通过软件算法实现屏幕自动旋转功能。
此外,加速度计还用于运动游戏和步数计数等应用。
2.运动追踪3.汽车安全系统4.工业应用5.医疗设备6.飞行器和航天器总结:MEMS加速度计基于质量的惯性效应实现加速度测量,通常采用压电效应或电容效应来实现。
它在智能手机、运动追踪、汽车安全系统、工业应用、医疗设备和航天领域等方面都有广泛的应用。
随着技术的不断进步和成本的降低,MEMS加速度计的应用将更加普及和多样化。
mems加速度计原理
MEMS加速度计是一种利用微电子机械系统技术制造的加速
度传感器。
它采用微小的质量偏转来测量物体的加速度。
MEMS加速度计的原理基于牛顿第二定律,即力等于质量乘
以加速度。
它包括一个微小的质量块,在加速度作用下会偏转。
具体原理如下:
1. 弹性梁原理:MEMS加速度计的核心部件是微小的弹簧梁
结构。
当加速度作用于传感器时,其内部的弹簧梁会受到力的作用而发生形变。
通过测量形变量的变化,可以计算出加速度大小。
2. 微机电系统技术:MEMS加速度计通过微电子加工工艺制
造出微小的机械结构,这些结构可以识别并测量加速度。
常见的结构包括悬臂梁、微型质量块等。
当加速度发生改变时,这些微小结构会产生微小位移,通过测量位移的变化,可以得到加速度的值。
3. 电容变化原理:MEMS加速度计中的微小结构内部设置了
电容,当加速度发生变化时,结构的位移会导致电容发生改变。
通过测量电容的变化,可以得到加速度的值。
总之,MEMS加速度计利用微小结构的位移或形变来测量加
速度,具有体积小、功耗低和响应速度快等优势,广泛应用于移动设备、汽车电子系统和航空航天等领域。
加速度传感器一、定义加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。
通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。
传感器在加速过程中,通过对质量块所受惯性力的测量,利用牛顿第二定律获得加速度值。
根据传感器敏感元件的不同,常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。
二、分类1、压电式压电式加速度传感器又称压电加速度计,它也属于惯性式传感器。
压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应,在加速度计受振时,质量块加在压电元件上的力也随之变化。
当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时,则力的变化与被测加速度成正比。
2、压阻式基于世界领先的MEMS硅微加工技术,压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点,易于集成在各种模拟和数字电路中,广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。
3、电容式电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。
电容式加速度传感器/电容式加速度计是比较通用的加速度传感器在某些领域无可替代,如安全气囊,手机移动设备等。
电容式加速度传感器/电容式加速度计采用了微机电系统(MEMS)工艺,在大量生产时变得经济,从而保证了较低的成本。
4、伺服式伺服式加速度传感器是一种闭环测试系统,具有动态性能好、动态范围大和线性度好等特点。
其工作原理:传感器的振动系统由“m-k”系统组成,与一般加速度计相同,但质量m上还接着一个电磁线圈,当基座上有加速度输入时,质量块偏离平衡位置,该位移大小由位移传感器检测出来,经伺服放大器放大后转换为电流输出,该电流流过电磁线圈,在永久磁铁的磁场中产生电磁恢复力,力图使质量块保持在仪表壳体中原来的平衡位置上,所以伺服加速度传感器在闭环状态下工作。
由于有反馈作用,增强了抗干扰的能力,提高测量精度,扩大了测量范围,伺服加速度测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中,在高精度的振动测量和标定中也有应用。
PS:微机电系统微机电系统(MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystem),也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等,指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。
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)。
图6( h)进行EPW腐,去除无用硅。
总结:
扭摆式微硅型加速度计是一种完全对称,采用一面电极就可获得敏感电容的差容输出,设置反馈电极容易,由于采用了反馈激励电极使加速度计工作范围宽,实现调零容易,制作
工艺较简单,是一种较有发展前途的微硅型加速度计。
扭摆式硅微型加速度计由于具有体积小、重量轻、易于大批量生产等一系列优点, 目前国外已经开始进人实际应用阶段, 在国内也已有数家单位开始研究并取得了一些成果。
应该说这种硅微型加速度计的应用前景是非常诱人的, 一旦它们达到中等惯性仪表的精度( 国外已经达到), 就可以满足大量战术武器的要求,如灵巧炮弹或炸弹、战术导弹及飞控系统等航空航天领域, 与GSP 组合, 可组成小型低价的导航定位系统。
2、梳齿式微加速度计
梳齿式微机械加速度计是一种力平衡式的微机电系统(MEMS)电容加速度计, 通过敏感惯性力的变化转换成电容的变化来间接测量外界的加速度。
梳齿式微硅加速度计实质上是一种电容式加速度计, 通过敏感惯性力的变化转换成电容的变化来间接测量外加的加速度。
梳齿式微硅加速度计敏感元件的定齿和动齿形成差动电容对。
当受到加速度作用时, 敏感元件的支持框架从平衡位置发生移动,因此差动电容对中一个电容值增大另一电容值等量减小。
通过电路感知差动电容量的变化就可以知道加速度的大小。
梳齿式微硅加速度计敏感元件的结构如图2 所示。
敏感元件是一个微机械的双侧梳齿结构。
这种敏感元件的敏感轴与基片平行, 检测质量为“H”形。
“H”形的四根细梁将检测质量固定于基片上。
检测质量可以自由地沿垂直于细梁的方向运动。
因检测及加力电路的需要, 在每两个相邻的动指之间有两
个动齿。
固定电极形状为“T”和“L”形。
动齿由中央质量杆(齿枢)向外侧伸出, 每个梳齿为可变电容的一个活动电极。
固定齿与活动齿交错配置。
总结:三明治”结构虽然可以制作出精度较高、封闭性较好的理想加速度计,具有灵敏度高、温度稳定性好、结构相对简单、功耗比较低、直流特性好等优点,但是加工工艺难度较高,容易受到电磁干扰。
具体工艺在表面微加工的应用中已经讲过,具体工艺步骤如下:
1、牺牲层淀积和光刻
2、RIE结构层支撑锚点
3、多晶硅结构层淀积、掺杂和退火
4、去除顶部PSG
5、光刻和RIE刻蚀结构层多晶硅
6、释放
3、悬臂梁式加速度计(三明治式)
采用体硅微机械加工技术对该硅微加速度计的敏感芯片进行了工艺试制。
挠性梁的制作是敏感芯片加工的关键技术之一,其难点在于挠性梁位于质量块厚度方向(Z 轴方向)的中央位置,梁的表面与质量块的表面高度差为140 μm 左右,现有光刻掩膜技术基本无法实现选择性掩蔽。
为此对Heng Yang 等人[8]提出的硅无掩膜腐蚀技术进行了改进。
通过合理的
设计,使在挠性梁腐蚀侧面上产生(311)面,通过控制所产生的(311)面对(111)面的侵削作用,成功解决了这一问题。
工作原理: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值一个减小, 一个增加. 通过检测电路测出电容差值差, 就可换算出加速度值. 该加速度计结构的主要特点是:(1)采用关于检测质量块中心对称的8 根悬臂梁支撑质量块, 支撑悬臂梁在两层上下对称的平面上, 每一层有四根悬臂梁;(2)整个硅片的厚度得到利用, 获得了较大的检测质量块, 提高了信噪比;(3)采用了三明治式结构, 适于闭环检测。
制作工艺:
(1)首先在硅片的正反两面进行反应离子刻蚀(RIE), 刻蚀出正反面对称的用来限定悬臂梁
宽度的限制沟槽对, 沟槽的宽度为2μm , 深度为30μm ,沟槽对中沟槽与沟槽之间的距离为50μm , 限制沟槽对的长度方向被特意设计成沿着〈110〉方向. 然后将硅片做热氧化处理, 使限制沟槽对被SiO2 填充,如图3(a)所示.
(2) 从硅片的反面, 用深反应离子刻蚀的方法在限制沟槽对的外沿刻蚀出相对较宽的凹槽对, 通过精确控制凹槽对的深度, 使凹槽对的上端稍微越过硅片正面限制沟槽对的下端, 凹槽的宽度为20μm ,深度为350μm , 如图3(b)所示.
(3) 将硅片放入KOH 溶液中, 使KOH 溶液进入凹槽对, 对凹槽的侧面进行腐蚀. 凹槽的侧面实际上是(110)平面,KOH 对(110)面的腐蚀速率很快,对SiO2 和(111)面的腐蚀速率相对很慢, 因此经过长时间的KOH 腐蚀后, 凹槽侧面没有受SiO2 保护的地方被KOH 腐蚀掉, 这样就释放了底部的悬臂梁. 可以看出, (1)中限制沟槽的深度实际上决定了悬臂梁的厚度, 限制沟槽的作用就是阻止悬臂梁区域的侧向腐蚀, 从而精确决定了悬臂梁的厚度(30μm)和宽度(50μm), 如图3(c)所示.
(4) 将硅片阳极键合到事先制作好的约5μm 键合凹坑的Py rex 玻璃衬底上, 在键合凹坑的上表面有一层溅射的约500nm 厚的铝金属薄膜作为下极板, 如图3(d)所示.
(5) 从硅片的上表面, 用DRIE 工艺释放出上部悬臂梁、质量块和阻尼孔, 如图3(e)所示. 实际的释放过程比图示的要复杂一些, 我们巧妙设计了掩模版图和工艺流程, 利用SiO2 和光刻胶复合刻蚀掩模, 使阻尼孔和上层悬臂梁几乎同时释放. 释放过程中DRIE 的腐蚀性气体与下层悬臂梁的接触时间得到有效控制, 最大限度地减少下层梁损伤.
(6) 硅片上表面与Py rex 玻璃上盖板进行阳极键合, 形成三明治结构. 这一步的Py rex 玻璃和第4步中的Py rex 玻璃一样, 事先制作好了键合凹坑并在凹坑上溅射一层铝薄膜作为上极板, 如图3(f)所示.
提出了一种具有“8 悬臂梁-质量块”结构的新型三明治式硅微机械电容式加速度计, 用微机械加工工艺在(111)硅片上制作出了具有信号输出的器件. 该加速度计的惯性质量块由同一(111)硅片上下表面对称分布的8 根悬臂梁支撑. 这些悬臂梁是利用(111)硅在KOH 溶液中的各向异性腐蚀特性结合深反应离子刻蚀(DRIE)实现的,其尺度精确可控, 保证了结构的对称性. 该加速度计的谐振频率为2. 08kHz , 品质因子Q 为21. 4, 灵敏度为93. 7mV /g.。
总结:电容式微加速度计是利用质量块把加速度的变化转换成电容电极的变化,一般采用差分结构。
电容式微加速度计因具有高精度、低温度敏感系数、低功耗、宽动态范围和微机械结构等优点而成为当前国内外的研究热点。
当前的科学研究以及市场份额中都是以电容式加速度计为主,占据了MEMS加速度计的半壁江山。
Ps:
体微加工工艺。