3D-MEMS加速度计性能试验研究
MEMS加速度计
MEMS加速度计MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）加速度计是一种集成了微电子技术、微机械技术和传感器技术的微型加速度计。
MEMS加速度计以微机电系统技术为基础，利用微型机械结构和微电子技术制作而成的一种传感器。
其结构通常包括一个质量并且可以在三个不同方向上移动的臂梁，一些感应电极以及一个基座。
当加速度计受到外部加速度作用时，质量会受力发生偏移，从而导致感应电极的电荷和电场发生变化，通过测量这些变化，就可以得到外部加速度的信息。
MEMS加速度计主要有压电加速度计和电容加速度计两种类型。
压电加速度计是利用压电效应实现加速度测量的，当受到外部加速度作用时，压电材料产生电荷，从而产生电压输出。
电容加速度计是基于电容变化原理设计的，当加速度计产生加速度时，微机械结构中的电容会发生变化，通过测量电容变化就可以得到加速度的信息。
由于压电加速度计和电容加速度计都是微型化设计，制作工艺成熟，因此MEMS加速度计具有尺寸小、功耗低、成本低和可靠性高等特点。
MEMS加速度计广泛应用于许多领域，特别是在移动设备、汽车、航空航天、智能穿戴设备和工业自动化等领域。
在移动设备方面，MEMS加速度计可用于屏幕旋转、晃动控制和跌落检测等功能。
在汽车领域，MEMS加速度计能够实现碰撞检测、车身稳定控制和自动泊车等功能。
在航空航天领域，MEMS加速度计可用于姿态测量和导航系统。
在智能穿戴设备方面，MEMS加速度计可用于步数统计、睡眠监测和运动追踪等功能。
在工业自动化领域，MEMS加速度计可用于振动检测和故障诊断等应用。
然而，MEMS加速度计也存在一些问题。
首先，由于其微小尺寸，对温度、湿度和振动等环境因素的影响较大，可能会导致测量误差。
其次，MEMS加速度计的精度和分辨率相对较低，对微小加速度的测量不够敏感。
此外，MEMS加速度计的线性度和漂移等问题也需要进一步优化和改进。
综上所述，MEMS加速度计作为一种集成了微电子技术、微机械技术和传感器技术的微型加速度计，在各个领域有着重要的应用价值。
“三明治”MEMS加速度计的设计与分析
的谐振频率 、 抗冲击性、 线性度等因素人手进行仿 真分析与理论计算 ， 确定 了加速度计的结构参数
以及 体硅 工艺 流程 。
传感器 的特别突出的优点在于 ， 灵敏度及分辨率 可以做到很高 ， 可以测量极小 的加速度 和位移 Ｊ
电容式加速度传感器种类繁 多 ， 但原理基 本 相 同， 都是通过测量 电容 的变化来检测加速度信
号。电容式加速传感器有诸 多优点 ： 压阻式或 热
对流 式 容 易 因 外 界 温 度 变 化 而 产 生 零 位 漂 移 儿 引， 而电容式的电容值一般与电极材料无关 ， 因此可选择温度系数低 的材料 ； 加上本身发热极
景 。
极板 间距 与极 板 间的重 叠 面积来决定 。为 了减小
寄生 电容 的干扰 ， 并提高传感器 的灵敏度 ， 电容式 加速度传感器通常采用差分 电容结构 ， 即质量块 部分作为公共极板 ， 两个电容串联相接。 对于差分电容式加速度计 ， 较为成熟的结构
有“ 梳齿” 结构 的 电容 式 加速 度 计 【 和 “ Ｊ 三 明治 ” 结 构 的 电容 式加 速度 计 ， “ 梳齿” 型 结构 的 电容式 加 速度 计 ， 由 于难 以实 现较 大 的敏感质 量块 ， 且敏
２ ３ ３ ０ ４ ２ ）
（ 北方 通用 电子集 团有 限公 司微 电子 部 蚌 埠 摘 要
基 于体 硅微 机械 加 工技 术 ， 设计 分析 了一 种抗 冲 击“ 三 明治 ” 电容式 ＭＥ Ｍ Ｓ加 速 度计 。利
用敏 感质 量块 与 固定 电极构 成 电容 差分 结构 ， 在 有效提 高加 速度 计灵敏 度 的 同时 ， 减 小 了寄生 电容 的干 扰， 提 高 了加速 度计 的 测量精 度 ， 并 对 悬臂 梁的抗 冲 击性 能做 了仿 真分 析 ， 保证 了加 速度 计 工作 的可 靠 性 。经仿 真与理 论计 算 分析表 明 ， 该加 速 度计 在 Ｚ轴 向 的灵敏 度 为 ０ ． １ ２ ５ ｐ Ｆ ／ ｇ ， 谐振频率为 ４ ． ９ ｋ Ｈｚ ， 量
全差分三轴MEMS电容加速度计的设计
度 高、 工 艺简单等优 点 ． 在 电子 消 费领 域有很 好 的应 用前 景。
关 键词 ： 全 差分 测量 ： 三轴微 加速 度计 ： 加 速度耦 合影 响 中图分 类号 ： Ｔ Ｈ１ １ ３ ； Ｔ Ｈ１ ６ ２ ； Ｔ Ｎ ３ ８ ９ 文献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ２ — １ ８ ４ １ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ３ — ０ ０ ２ ５ — ０ ５
ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎａ ｌｙ ｓ ｅ ｓ，ｔ ｈｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈｉ ｓ ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｈ ａ ｓ ａ ｄｖ ａ ｎｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｃ ｏ ｎｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ｇ ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ
ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ａ ｘ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｉ ｓ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ｏ ｕ ｔ ｓ ｉ ｄ ｅ ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ，
（ 北方 工业大学机械 与材料学 院 ， 北京 １ ０ ０ １ ４ ４ ）
摘要： 采 用刻蚀 氧化硅牺 牲 层 、 沉淀 多晶硅 、 再 次刻蚀 多晶硅 的 工 艺 ， 设 计 了基 于单 一敏 感质 量 块
的全 差分三 轴 电容 式加 速度 计 。根 据 外界加 速 度激励 对 器件 的不 同位 移作 用 ， 详 细 分析 了三轴 方 向上 加 速度 激励 的 交叉耦 合 影响 。 最后 结合仿 真 结果 得 出： 该 器件 具备 结 构 简单 紧凑 、 抗 干扰 能 力强 、 灵敏
MEMS压电式加速度计
MEMS压电式加速度计MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）压电式加速度计是一种利用压电效应测量加速度的传感器。
它基于微纳技术制造而成，具有小型化、低功耗、高性能等优势，在汽车、航空航天、智能手机等领域广泛应用。
MEMS压电式加速度计的主要原理是利用压电材料的特性。
压电材料是一种在受到力或压力作用下会产生电荷的材料。
当压电材料受到加速度作用时，会产生应变，从而产生电荷。
通过测量这个电荷的大小，就可以确定加速度的大小。
MEMS压电式加速度计由压电传感器和信号处理电路组成。
压电传感器通常采用层状压电片结构，其中包含了压电材料和电极层。
当压电材料受到加速度作用时，会产生电荷，在电极间形成电压。
信号处理电路会将这个电压转换为数字信号，并进行处理和分析。
MEMS压电式加速度计具有以下优势。
首先，它是一种小型化的传感器，体积小、重量轻，可以方便地集成到其他设备中。
其次，它具有低功耗的特性，适合于电池供电的应用。
此外，它的响应速度快，可以检测频率较高的加速度变化。
最后，它的测量精度高，可以达到微米级的精度要求。
MEMS压电式加速度计在汽车行业中得到广泛应用。
例如，在车辆的安全系统中，可以通过加速度计来检测车辆的碰撞、翻滚等情况，从而触发安全气囊的打开。
此外，它还可以被用于车辆的悬挂系统、刹车系统等方面的控制和监测。
在航空航天领域，MEMS压电式加速度计可以用于火箭、导弹等飞行器的姿态控制和导航系统中。
通过测量加速度，可以确定飞行器的姿态和位置，从而实现精确的导航和控制。
在智能手机等消费类电子产品中，MEMS压电式加速度计可以用于屏幕旋转、手势识别等功能。
通过感知手机的倾斜、旋转等动作，可以实现屏幕的自动旋转、游戏的控制等功能。
总之，MEMS压电式加速度计是一种应用广泛的传感器，具有小型化、低功耗、高性能等优势。
它在汽车、航空航天、智能手机等领域发挥着重要的作用，为这些领域的发展和进步做出了贡献。
mems三轴加速度计原理
mems三轴加速度计原理MEMS三轴加速度计原理1. 什么是MEMS三轴加速度计？MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）三轴加速度计是一种微型化的传感器设备，用于测量物体在三个方向上的加速度。
它的工作原理基于微机电系统技术，通过微型电子组件和微机械结构实现加速度的检测与测量。
该设备通常由微加速度感应器、信号处理电路和数据输出接口组成，能够广泛应用于移动设备、汽车安全系统、运动监测等领域。
2. MEMS三轴加速度计的工作原理微加速度感应器微加速度感应器是MEMS三轴加速度计的核心部件。
它通常由微结构和敏感电路组成。
微结构由多个微机械振动结构组成，其中包括微型质量块和弹簧。
当发生加速度时，微加速度感应器内的质量块会受到惯性力的作用而发生位移，从而引起弹簧的变形。
敏感电路敏感电路是用于检测和测量微加速度感应器产生的位移的电路部分。
它通常由压电传感器和信号放大器组成。
压电传感器可以将微加速度感应器的位移转化为电荷信号。
当微加速度感应器发生位移时，压电传感器产生电荷信号，这个信号会被传递到信号放大器。
信号放大器会放大压电传感器产生的微弱电荷信号，使之成为可以被读取和处理的电压信号。
3. MEMS三轴加速度计的工作过程MEMS三轴加速度计的工作过程可以分为三个阶段：感应阶段、转换阶段和读数阶段。
感应阶段在感应阶段，当加速度发生变化时，微加速度感应器内的质量块会受到惯性力作用而发生位移。
这个位移将被压电传感器转化为电荷信号。
转换阶段在转换阶段，压电传感器产生的电荷信号被信号放大器放大为可以进行读数和处理的电压信号。
信号放大器通常采用运算放大器等电路进行放大。
读数阶段在读数阶段，通过数据输出接口可以读取和处理由信号放大器产生的电压信号。
这些信号可以被转换成数字信号，从而得到物体在三个方向上的加速度数值。
MEMS三轴加速度计通过微机电系统技术，利用微加速度感应器和敏感电路实现对物体加速度的检测和测量。
电容式MEMS加速度计的设计与制备技术研究
电容式MEMS加速度计的设计与制备技术研究MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是微机电系统的英文缩写，是将微米尺度的机械系统集成到微电子芯片中的一种技术。
MEMS技术被广泛应用于各种领域，包括传感器、生物医学、微电子器件等。
其中，MEMS加速度计是一种常用的MEMS传感器，用于测量物体在三个不同轴向上的加速度，并且可以识别物体的轴向。
电容式MEMS加速度计是MEMS加速度计中一种常用的构型。
它采用了电容原理，通过测量微机械加速度感应器上电容的变化来检测加速度。
电容式MEMS加速度计的设计与制备技术是MEMS技术领域内的热门研究方向。
本文将从几个方面论述电容式MEMS加速度计的设计与制备技术研究进展。
一、基本原理电容原理是电容式MEMS加速度计工作的基本原理。
电容是指两个金属板之间的介质的电容量。
当这两个板移动时，电容量会发生变化。
电容式MEMS加速度计中将一个金属板固定在MEMS芯片上，另一个金属板通过弹簧与芯片相连。
当芯片受到加速度作用时，会使另一个金属板发生相对运动，从而导致电容量的变化。
二、主要结构电容式MEMS加速度计的主要结构包括加速度感应器、电荷放大器、微控制器等。
加速度感应器是电容式MEMS加速度计的核心，在其中电容变化进行检测。
一般情况下，电容式MEMS加速度计中还安装有环境和其他干扰的过滤器以保证测量的准确性。
通过对电容变化进行放大和处理，数据可以传输到微控制器中进行处理和分析。
三、制备材料电容式MEMS加速度计的制备材料主要包括金属材料、绝缘材料、机械支撑材料等。
电容式MEMS加速度计中金属材料一般采用铝、金、铜等。
这些材料的选择主要考虑其机械性能和电学性能。
对于绝缘材料的选择，一般会选择具有较好电介质性能的材料，如氧化硅、氮化硅等。
机械支撑材料则需要具有较好的强度和尺寸稳定性。
四、制备工艺电容式MEMS加速度计的制备工艺一般分为两个部分，即MEMS芯片制备和封装。
MEMS加速度计的原理和运用
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三轴加速度计原理
MEMS三轴加速度计的原理MEMS三轴加速度计是一种基于微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）技术的传感器，用于测量物体的加速度。
它由微机电系统芯片、控制电路和信号处理电路组成。
在本文中，将详细解释MEMS三轴加速度计的基本原理。
1. 什么是MEMS三轴加速度计？MEMS三轴加速度计是一种能够测量物体在三个方向上的加速度的传感器。
它通常由微机电系统芯片制成，具有微小、低功耗和高精度等特点。
MEMS三轴加速度计广泛应用于移动设备、汽车、导航系统等领域。
2. MEMS三轴加速度计的工作原理MEMS三轴加速度计的工作原理基于微机电系统技术和质量平衡原理。
它通过测量微机电系统芯片中的质量变化来确定物体的加速度。
具体来说，MEMS三轴加速度计通常由两个主要部分组成：感应质量和压电传感器。
2.1 感应质量感应质量是MEMS三轴加速度计的核心部件，它通常由微机电系统芯片中的微小质量块组成。
感应质量可以在多个方向上自由移动，并且具有一定的弹性。
2.2 压电传感器压电传感器是MEMS三轴加速度计中的另一个重要组成部分。
它通常由压电材料制成，如压电陶瓷。
压电材料具有特殊的电学性质，当施加压力或力量时，会产生电荷。
2.3 基本原理MEMS三轴加速度计的基本原理是利用感应质量和压电传感器之间的相互作用来测量加速度。
当物体受到加速度时，感应质量会受到惯性力的作用而移动。
感应质量的移动会导致压电传感器受到压力或力的作用，进而产生电荷。
这个电荷的大小与感应质量的移动距离和加速度大小成正比。
压电传感器将产生的电荷转化为电压信号，并通过控制电路和信号处理电路进行放大和处理。
最终，我们可以通过测量电压信号来确定物体在三个方向上的加速度。
3. MEMS三轴加速度计的工作模式MEMS三轴加速度计通常有两种工作模式：静态模式和动态模式。
3.1 静态模式在静态模式下，MEMS三轴加速度计测量的是物体所受到的重力加速度。
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２ ０１１钲
仪
表 技 术 与 传 感 器
２ ０ｌ１
Ｎｏ ．１
第 １ 期
Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ Ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎｔ ｕ ｎ ｅ ｈ ｉ ｕ ｎ ｅ ｓ ｒ
３ —ＭＥ Ｄ ＭＳ加 速 度 计 性 能 试 验 研 究
邢 丽 ， 李荣冰 ， 刘建 业 ， 义军 杭
关键 词 ： Ｍｓ 速 度 计 ； 据 采 集 ； Ｂ Ｐ； ＭＡ ＭＥ 加 数 ＭＣ Ｓ Ｄ
中 图分 类 号 ： ２ ９ ３ Ｖ ４ ．２
文献 标 识 码 ： Ａ
文 章编 号 ：０ ２—１４ （０ １ ０ — ０ ８ ３ １０ ８ １ ２ １ ） １ ０ １ —０
Байду номын сангаас
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｄ —Ｍ ＥＭ Ｓ Ａｃ ｅｅ ｏ ｅ ｅ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｓ ｓａ ｃ ｎ ３ ｃ ｌｒ ｍ ｔ ｒ Ｐｅ ｆ ｒ ｎ ｅ Ｔｅ ｔ
０
引言
ＭＥ 加 速 度 计 内部 主要 由 敏 感 元 件 、 换 电路 和 信 号 处 ＭＳ 转
ＭＥ ＭＳ惯性 器件 主要包 括 Ｍ Ｍ Ｅ Ｓ陀螺 仪和 ＭＥ ＭＳ加 速度
理电路这 ３部分构成 … ， 其结 构框 图如 图 １ ａ 所示 。敏感元 （） 件主要是基于 ３ Ｄ—ＭＥ ＭＳ技术制造的 ， 此技术可 以使加速度计 输出稳定且能降低 功耗。敏感元件 包含 ３个加 速度敏感 块 ， 分 别测量 ３个轴 （ 轴 、 ｙ轴和 ｚ轴 ） 的加速 度值 。每个敏 感块都
Ｘ Ｎ ｉ Ｌ ｏ ｇｂｎ ， Ｉ ｉｎｙ ，Ｈ Ｎ ｉｕ Ｉ Ｇ Ｌ ， Ｉ ｎ—ｉｇ ＬＵ Ｊ —ｅ Ａ Ｇ Ｙ － ｎ Ｒ ａ ｊ （ ａ ｉａｉｎＲ ｓａｃ ｅ ｔｒｏ ａ ｊ ｇＵ ｉｏｓ ｙｏ ｅｏ ａ ｔ ｓ＆ Ａ ｔｏ ａ ｔ ， ａ ｊ ｇ２０ １ Ｃ ｉａ Ｎ ｖｇｔ ｅｅ ｒｈＣ ｎｅ ｆ ｎｉ ｎｖｒｉ ｆ ｒｎ ｕｉ ｏ Ｎ ｎ ｔ Ａ ｃ ｓｒｎ ｕ ｃ Ｎ ｎｉ １０６， ｈｎ ） ｉ ｓ ｎ
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（ 京 航 空 航 天 大 学 自动 化 学 院导 航 研 究 中心 ， 苏 南 京 南 江 ２０ １ ） １０ ６
摘 要 ： 究 了一种 新 型 三 维 ＭＥ 研 ＭＳ加 速 度 计 的 性 能特 点 和 工作 原 理 。针 对加 速 度 计 的 输 出接 口特 点 ， 计 了基 于数 设 字 信 号 处理 （ Ｓ ） 片的 数 据 采 集 系统 ， ＤＰ芯 实现 对 加 速 度 计 信 号 的 高 速 实 时采 集 。利 用 多通 道 缓 存 串行 口 ＭＣ Ｓ Ｂ Ｐ实现 Ｓ Ｉ Ｐ 总 线 方 式 的数 据 采 集 ， 采 用 ２个 Ｄ Ａ 控 制 器 实现 了数 据 的 实 时传 输 和 存储 。基 于 设 计 的 Ｄ Ｐ数 据 采 集 系统 ， 采 集 的 并 Ｍ Ｓ 对 数据 进 行 了处理 ， 析 了加 速度 计在 一 定 温度 下的 偏 值 稳 定 性 和 输 出重 复性 ， 估 了加 速 度 计 的 性 能 。 分 评