电容式微加速度传感器的现状及研究方向.doc

电容式微加速度传感器的现状及研究方向 ７　 一 电容式般加速度传感器 的现状及研 究方 向——尤 晖 享 川奇 沈连官等 电容式微加速度传感器 的现状及研 究方 向 摘要 综述 ｊ典 并 对这 类传 惑器 的若 关 键词　 中国图书 资料 分 究生 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 、 学测　 科 ６ 多采用 闭 环方式 。 １１ 开环立体硅工艺电容式微加速度传感器 ． 图 １ 开环 立体 硅工 艺 电容 式微 加速 度 传感　 是 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 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 、 耗小 、 功 启动 快 、 本　 成 低、 可靠性 高 、 易于 实现 数字化 和智 能化“ 。 ）而且 ， 　 化 、 于大 批量 生 产 ， 的性能 价格 比很高 。可以　 适 它 预 见在 不久 的 将 来 ， 将在 加速 度 传感 器 市场 中　 它 占主导 地 位０ 。 ］ ． 感器 难 以全 面满足 这些 要求 。于 是应用新 兴 的微 由于 微 机 械 结周　作 精 确 、 复 性好 、 于 集 成　 构制 重 　 易 统一 ～～ 一　 ～ 一 一 官　 作 　 呐一 微 加速 度 传感器 有压 阻式 、 电容 式 、 电式 等　 压 一 图 ｌ 立体硅工 艺电容式徽 加速度传感器 结构 器的 一种典 型 结构 ０。敏感 元件 是玻 璃一 硅一 玻　 ］ 璃的“ 明治　 三 结构 ， 围用 硅封 装 ， 外 整十 芯 片尺 寸 为 ８ ３Ｉｍ×５ ７ｍｌ ×１ ９ ． Ｔ ＿ ， ． Ｔ ． ｍｍ。 ＿ ， 中间的单 晶硅 片 形式。 其中， 电容式因具有如下一些特点而受到重 视 ； 很 高 的 灵 敏 度 和 测 量 精 度 ｝ 良好 的稳 定　 性； 温度漂移小 ； 功耗极低 ； 良好的过载保　 护能力； 便 于利 用静 电 力进行 自检 。 目前 这类 传 感 器的 测量 范 围一般 为 ０ １ ～ ５　 ， 响 范围为　 ．　 ｇ ０ｇ 颡 ０ １ｋ ， 量精 度 为 ０ １ ～ １０ 。这 类 传感　 ～ 　Ｈｚ测 ．　 　　 器按 加工 方法 分 ， 主要 有立体 硅工 艺式 、 面硅工　 表 艺 式 、 Ｉ 工 艺式 ； 工作 方式 分 ， 开 环 和 闭　 ＬＧＡ 按 有 环 （ 电力平衡 式 ） 静 两种 。本文 将 对这些 传感 器 的　 工 作原 理 、 结构 和特 点 加以介 绍 ， 并对这 类 传感器 多 制成框 架 、 感质 量块 和悬臂 梁 。 敏 敏感 质量 块和 玻　 璃的 内侧面 均沉积 了铝 膜 ， 成三 端差 动 电容 ， 构 敏　 感质量 块 作 活 动 电极 ， 两块 玻 璃 作 固定 电极 并 起　 过 载保 护作 用 。 电容介质 为空 气 ， 改变气 压 可调 节　 系统的 阻尼 。两个 固定 电撅上 加 丁反相 调制 电压　 ｕ。 一　 。 和 当垂 直 于 硅片 方 向的 加 速度 ａ输 入　 时， 惯性 力使 敏感 质量块 偏移 ， 下两个 电容 发 生　 上 变化， 中间活 动 电极上 产 生检 测信 号 。 经过 采样 ／ 　 保 持 、 通滤 波等环 节 ， 低 得到输 出 电压 【Ｉ＝　 Ｕ　 ／ 　 ） ， ｍｄ （ 　 （） １ 一 的若干关键技术及研究方 向进行探讨。 式 中 ， 为检 测 电路 的 增益 ； 　 ｍ为 敏感 质量 ； 　为悬 １ 立体硅工 艺 电容 武微 加速度传 感器 硅 是制作 无滞 后 弹性 元件 的理想 材料 。利用 臂粱的 刚度 系 数 一。 ｄ 为静 态 电容 间隙 。 　 显然 ， ｕ　与 ａ成 正 比， 可作 为 ａ的度 量 。 　 图２ 是一 种完 全 对称结构 的 立体 硅工 艺 电容　 式 微加 速度 传感器 “。中 间的敏 感 质量 块 由 ８根 各向异性刻蚀 、 阳极键合等硅整体加工技术 ， 可在 硅材 料 上 制 出尺 寸 微 小 的 电容 式 加速 度 传感 器 。 　 其成 本 与 压 阻式 硅 微 加速 度 传 感器 相 近 ， 灵 敏　 但 度、 分辨 率 、 度 、 精 动态 范 围和 稳 定性 均 忧于 压 阻　 式 。 种传 感器 早期 多采用 开环 工作 方式 ， 这 现在大 ＊国家自然科学基盘舞曲璜 目（ ９ ７０ ０　 ６４ ￣ ３ ） 啦稿 日期 ｔ９ ７ ｌ— ２　 ｌ９ 一 ２ ９ 田 ２ 对 角分 布 的悬臂梁 支撑 ， 只能