MEMS加速度传感器的原理与构造.pdf
微系统设计与应用
加速度传感器的原理与构造
班级：2012机自试验班
指导老师：XXX
小组成员：XXX
XX高校机械工学院
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、牢靠性高等特点,
而且因为其加工工艺肯定度上与传统的集成电路工艺兼容,易于实现数字
化、智能化以与批量生产，因而从问世起就引起了广泛关注，并且在汽车、医
药、导航和限制、生化分析、工业检测等方面得到了较为快速的应用。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、制作工艺与应用绽开，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3
1.2.1敏感原理3
1.2.2压阻系数4
1.2.3悬臂梁分析6
1.3MEMS压阻式加速度传感器制造工艺7
结构部分7
硅帽部分9
键合、划片10
2电容式加速度传感器11
2.1电容式加速度传感器原理11
2.1.1电容器加速度传感器力学模型11
电容式加速度传感器数学模型12
2.2电容式加速度传感器的构造14
机械结构布局的选择与设计14
材料的选择16
工艺的选择17
详细构造与加工工艺18
3其他加速度传感器20
3.1光波导加速度计20
3.2微谐振式加速度计20
3.3热对流加速度计21
3.4压电式加速度计21
4加速度传感器的应用22
4.1原理22
4.2功能23
参考文献24
1压阻式加速度传感器
压阻式器件是最早微型化和商业化的一类加速度传感器。这类加速度传
感器的悬臂梁上制作有压敏电阻，当惯性质量块发生位移时:会引起悬臂梁
的伸长或压缩，变更梁上的应力分布，进而影响压敏电阻的阻值.压阻电阻
多位于应力变更最明显的部位。这样，通过两个或四个压敏电阻形成的电桥
就可实现加速度的测量。其特点在于压阻式加速度传感器低频信号好、可测
量直流信号、输入阻抗低、且工作温度范围宽，同时它的后处理电路简洁、
体积小、质量轻，因此在汽车、测振、航天、航空、航船等领域有广泛的应
用。
1.1压阻式加速度传感器的组成
MEMS压阻式加速度传感器的敏感件由弹性梁、质量块、固定框组成。
压阻式加速度传感器实质上是一个力传感器，他是利用用测量固定质量块在
受到加速度作用时产生的力F来测得加速度a的。在目前探讨尺度内，可
以认为其基本原理仍遵从牛顿其次定律。也就是说当有加速度a作用于传感
器时，传感器的惯性质量块便会产生一个惯性力：F=ma,此惯性力F作用于
传感器的弹性梁上，便会产生一个正比于F的应变。，此时弹性梁上的压敏
电阻也会随之产生一个变更量^R,由压敏电阻组成的惠斯通电桥输出一个
与4R成正比的电压信号V。
1一基座：2—压阻：3一悬肾梁：4一质量块
1.2压阻式加速度传感器的原理
本系统的信号检测电路采纳压阻全桥来作为信号检测电路。
电