微加速度传感器的研究现状及发展趋势

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微加速度计的技术现状和发展趋势

微加速度计的技术现状和发展趋势

微加速度计的技术现状和发展趋势微加速度计是一种用于测量微小加速度的仪器。

它通常由一个微加速度传感器和一个信号处理单元组成。

微加速度计可以广泛应用于工业、航天、医疗等领域,在这些领域中具有重要的应用价值。

下面将重点介绍微加速度计的技术现状和发展趋势。

技术现状:1.传感器技术:传感器是微加速度计的核心部件,直接影响着仪器的性能。

目前,常用的微加速度传感器技术有压电、电容、激光干涉等。

其中,压电传感器具有体积小、灵敏度高、稳定性好等优点,广泛应用于微加速度计中。

2.信号处理技术:微加速度计产生的信号较小,需要经过放大、滤波等处理才能得到可靠的结果。

目前,常用的信号处理技术包括模拟信号处理和数字信号处理。

模拟信号处理一般采用放大器、滤波器等电路来处理信号,而数字信号处理则通过模数转换、滤波、数字滤波器等算法来实现。

3.精度和灵敏度:微加速度计要求具有高精度和高灵敏度的特点。

目前,微加速度计的精度一般能达到0.001g,灵敏度可达到0.0001g。

但是,随着科技的不断发展,人们对微加速度计的精度和灵敏度的要求也越来越高。

4.非线性和温度稳定性:微加速度计的非线性和温度稳定性也是技术现状中需要解决的问题。

非线性误差一般用百分比来表示,目前常用的微加速度计的非线性误差在1%以内。

而温度稳定性是指在不同温度下测量精度是否得到保证,目前主要解决方案是采用温度补偿技术,使得微加速度计在不同温度下仍能保持较好的性能。

发展趋势:1.小型化:随着科技的不断发展,人们对微加速度计的需求越来越高。

在航天、医疗等领域,对微加速度计的要求是体积小、重量轻。

因此,微加速度计的小型化将是未来的发展趋势。

2.高精度:微加速度计的精度一直是人们关注的焦点。

未来的发展方向是通过改进传感器的设计、提高信号处理的技术水平,使得微加速度计的精度进一步提高。

3.多功能化:随着应用领域的不断扩大,微加速度计的需求也在不断增加。

未来的发展方向是通过增加传感器的功能,实现多种物理量的测量。

2024年汽车IMU传感器市场发展现状

2024年汽车IMU传感器市场发展现状

汽车IMU传感器市场发展现状概述汽车IMU(惯性测量单元)传感器是一种用于测量和监测汽车运动和姿态的设备。

它根据汽车的加速度和角速度等参数来提供精确的定位和导航信息。

随着自动驾驶和智能交通系统的发展,汽车IMU传感器市场迅速崛起并展现出巨大的潜力。

本文将对汽车IMU传感器市场的发展现状进行分析和总结。

发展趋势自动驾驶技术的兴起随着自动驾驶技术的不断进步和成熟,对高精度定位和导航的需求越来越大,而汽车IMU传感器作为一种重要的组成部分,正成为实现自动驾驶的关键技术之一。

因此,汽车IMU传感器市场在自动驾驶技术的推动下呈现出迅猛发展的趋势。

智能交通系统的发展除了自动驾驶技术,智能交通系统的发展也对汽车IMU传感器市场的增长起到了推动作用。

智能交通系统涉及到交通流量监测、车辆跟踪、道路状态检测等方面,而这些功能都离不开精确的位置和姿态信息,而汽车IMU传感器正是提供这些信息的重要设备。

市场规模根据市场研究公司的数据,汽车IMU传感器市场的规模呈现出快速增长的趋势。

2019年,全球汽车IMU传感器市场的规模达到X亿美元,预计到2025年将达到X 亿美元。

亚洲地区是全球汽车IMU传感器市场的主要消费地区,北美地区也表现出较高的市场增长率。

主要厂商和产品目前,全球汽车IMU传感器市场上存在着众多的厂商和产品,其中一些领先的厂商和产品包括:1.Bosch Sensortec:Bosch Sensortec是汽车IMU传感器市场的领先供应商之一,其产品包括BMA456和BMI270等系列产品。

2.STMicroelectronics:STMicroelectronics是另一家在汽车IMU传感器市场中占据重要地位的厂商,其产品包括LSM6DSL和LSM330等系列产品。

3.InvenSense:InvenSense是一家知名的汽车IMU传感器供应商,其产品包括MPU-6050和MPU-9250等系列产品。

技术进展汽车IMU传感器市场的发展受益于技术的进步和创新。

国内外传感器现状及发展趋势

国内外传感器现状及发展趋势

国内外传感器现状及发展趋势
一、传感器现状
传感器是当今技术发展过程中必不可少的部分,它是检测和控制环境的器件,能够检测到物体、生物体及其他环境参数,并将检测到的信息转化为电信号处理,控制环境参数,使得系统能够自动化操作并取得正确的结果。

近年来,由于电子技术的发展,传感技术也取得长足的进步,它不仅可以应用于消费电子、汽车、工厂自动化等领域,而且可以应用于仪器仪表、通信等军事领域,并且在生物医学、环境科学、空间探测等领域得到了广泛的应用。

目前,国内外传感器技术的发展已经达到了非常可观的水平,技术的改进使其性能有了质的提高,传感器的灵敏度更高,噪声更低,广泛的可调,价格也较低,较常规传感器可以检测更小单位的变化,这都为后续的技术应用奠定了坚实的基础。

二、传感器发展趋势
随着科学技术的发展,传感器技术也在迅速发展,未来几年传感器技术将出现以下发展趋势:
(1)开发更多高灵敏度、超小体积的传感器。

目前,国际上有不少国家正在加大投入,开发更多高灵敏度、超小体积的传感器,满足智能化和自动化技术要求。

(2)开发更多低功耗传感器。

MEMS加速度传感器现状及发展简述

MEMS加速度传感器现状及发展简述

微加速度传感器现状及发展简述1 引言MEMS(微机电系统)是在微电子技术、集成电路技术及其加工工艺的基础上发展而来。

其学科交叉特点明显,主要涉及微加工技术、机械学、电子学、设计学、材料学、热流理论等。

MEMS器件的特征长度从1毫米到1微米。

MEMS是一个新兴的、多学科交叉、多技术融合的高科技领域。

将MEMS技术应用到加速度传感器领域,就产生了微加速度传感器。

微加速度传感器具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高[1]、灵敏度高和集成度高等一系列优点。

如今微加速度传感器正在逐步取代传统加速度传感器,在电子产品、汽车工业、航天航空等军民领域得到广泛应用。

尽管各类微加速度传感器物理效应与结构形式不同,但它们都有着相同的力学基本原理和相似的工作原理。

2 微加速度传感器研究现状2.1 概述微硅加速度传感器是最早受到研究的微机械惯性传感器之一。

早在1970年左右,人们就开始研究微加速度传感器;到了80年代,电容式微加速度传感器出现。

90年代,压电式微加速度传感器设计成功。

受到扫描式隧道显微镜的启发,人们于20世纪末又开始隧道式硅微加速度计的研究[2]。

如今,微加速度传感器仍具有巨大研究活力。

2.2微加速度传感器的分类2.2.1压阻式微加速度传感器压阻效应是指当半导体受到应力作用时,由于应力引起能带的变化,能谷的能量移动,使其电阻率发生变化的现象。

压阻式微加速度传感器的悬臂梁上有压敏电阻,当质量块发生位移时,梁上的应力发生变化,进而改变压敏电阻的阻值,最终把加速度转变为电信号。

压阻式微加速度传感器经常使用三种结构。

双悬臂梁结构灵敏度高,但使用频率范围低,横向效应大,适用于小量程应用;双端支撑的四梁结构频率特性好,但灵敏度较低,适用于大量程应用;双岛五梁结构可以消除横向效应,灵敏度适中,适用于一般应用[1]。

压阻式微加速度传感器中比较典型的产品是美国EG&G ICSENSORS公司的产品,该公司传感器既有一维加速度传感器(如3022、3028、3145、3255等),也有三维加速度传感器(如3355),测量范围有0~e2509或0~e5009等[3]。

新型传感器的研究现状及未来发展趋势

新型传感器的研究现状及未来发展趋势

新型传感器的研究现状及未来发展趋势传感器是一种现代化技术所必需的元件,它能够将各种物理量转化为电信号。

传感器的应用范围广泛,例如自动化生产、交通运输、医疗诊断、安全监测等领域,因此传感器技术的发展对现代化生产、生活、科学技术的发展有着非常重要的作用。

传感器的种类很多,根据测量的物理量不同,可以分为温度传感器、压力传感器、流量传感器、湿度传感器、加速度传感器、光学传感器等等。

在这些传感器中,新型传感器是一种备受关注的技术。

一、新型传感器的研究现状1. MEMS技术传感器MEMS是微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System)的缩写,它是一种微型化的电气机械系统,它能够将机械元件和电子元件进行集成化处理。

因此,MEMS技术传感器的优势在于体积很小、功耗低、响应速度快、可靠性高、价格便宜等等。

如今,MEMS技术传感器的应用已经非常广泛,例如手机中的加速度传感器、陀螺仪、磁力计、压力传感器等等,这些传感器的应用大大提升了手机的功能和用户体验。

2. 光纤传感器光纤传感器是一种基于光学原理的传感器,它使用光的传输来测量物理量。

与传统传感器相比,光纤传感器具有很多优势,例如高灵敏度、抗干扰能力强、安全可靠、经济实用,能够实现长距离传递、分布式检测等等。

目前,光纤传感器主要应用在石油天然气、交通运输、环境监测、生命科学等领域。

例如,在石油天然气开采中,光纤传感器可以测量油井的温度、压力、流量等参数,可以帮助确定油井的产量和工作状态,并且可以提高油井的生产效率。

3. 生物传感器生物传感器主要是应用在医疗诊断领域中的,它能够检测人体内的生物分子、细胞和组织等信息。

例如,可以测量血液中的血糖、白细胞计数、酸碱度等指标,可以帮助医生进行疾病的诊断和治疗。

目前,生物传感器技术发展非常迅速,尤其是以DNA、RNA 等为基础的生物传感器,它可以快速、准确地检测病原体、基因变异等信息,有望成为未来医疗诊断中的主要手段。

传感器技术的未来发展趋势

传感器技术的未来发展趋势

传感器技术的未来发展趋势在当今科技飞速发展的时代,传感器技术作为获取信息的关键手段,正经历着深刻的变革,并在各个领域发挥着日益重要的作用。

从智能手机中的各种感应元件,到工业生产中的自动化控制,再到医疗健康领域的精准监测,传感器无处不在。

那么,未来传感器技术将会朝着哪些方向发展呢?微型化与集成化是传感器技术发展的重要趋势之一。

随着电子设备越来越小巧便携,对传感器的尺寸要求也越来越苛刻。

微型传感器不仅能够节省空间,还能降低能耗,提高设备的整体性能。

同时,集成化能够将多个传感器功能集成在一个芯片上,实现多种参数的同时测量,减少了系统的复杂性和成本。

例如,在智能手机中,集成了加速度计、陀螺仪、磁力计等多种传感器的芯片,为手机提供了丰富的功能和精准的操作体验。

智能化也是未来传感器技术的关键发展方向。

智能化传感器不仅能够感知物理量,还能对采集到的数据进行处理和分析,甚至能够根据预设的算法做出决策。

这种智能化的特点使得传感器能够更好地适应复杂多变的环境,提高测量的准确性和可靠性。

例如,在智能交通系统中,传感器可以实时监测车辆的速度、流量等信息,并通过智能算法进行分析,实现交通信号的智能控制,提高交通效率。

无线化和网络化是传感器技术发展的另一个重要趋势。

传统的传感器往往需要通过有线连接来传输数据,这在一些应用场景中存在着布线困难、维护成本高等问题。

而无线传感器则能够摆脱线缆的束缚,实现更灵活的数据传输。

此外,通过将多个传感器组成网络,可以实现大规模的数据采集和协同工作,为智能城市、环境监测等领域提供强大的支持。

比如,在智能农业中,通过无线传感器网络可以实时监测土壤湿度、温度、光照等参数,实现精准灌溉和施肥。

高性能化是传感器技术不断追求的目标。

这包括提高传感器的测量精度、灵敏度、响应速度等性能指标。

例如,在医疗领域,高精度的传感器能够更准确地检测人体的生理指标,为疾病的诊断和治疗提供更可靠的依据。

在科学研究中,高灵敏度的传感器可以探测到极其微弱的信号,为探索未知领域提供有力的工具。

浅谈传感器技术的发展现状与趋势

浅谈传感器技术的发展现状与趋势摘要:传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础,传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。

本文阐述了传感器的含义和分类,分析了传感器的发展现状和发展趋势,对实际生产具有指导意义。

关键词:传感器技术发展现状发展趋势1.什么是传感器所谓传感器,即为能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。

传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

传感器技术是现代科技的前沿技术,许多国家已将传感器技术与通信技术和计算机技术列为同等重要的位置,称之为信息技术的三大支柱之一[1-2]。

2.传感器分类2.1按照其用途分类传感器按照其用途可分为压力敏和力敏传感器位置传感器、液面传感器能耗传感器、速度传感器加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器、24GHz雷达传感器。

2.2按照其原理分类传感器按照其原理分类可分为振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。

2.3按照其输出信号为标准分类按照其输出信号为标准可将传感器分为模拟传感器、数字传感器、膺数字传感器和开关传感器。

模拟传感器是将被测量的非电学量转换成模拟电信号。

数字传感器是将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。

膺数字传感器是将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。

开关传感器是当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时,传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。

2.4按照其材料为标准分类在外界因素的作用下,所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。

它们中的那些对外界作用最敏感的材料,即那些具有功能特性的材料,被用来制作传感器的敏感元件。

从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类:(1)按照其所用材料的类别分:金属聚合物和陶瓷混合物;(2)按材料的物理性质分:导体绝缘体和半导体磁性材料;(3)按材料的晶体结构分:单晶、多晶和非晶材料。

mems传感器发展现状

mems传感器发展现状
随着科技的快速发展,MEMS(微机电系统)传感器在近年来取得了重大突破和进展。

MEMS传感器是一种集成了微机电器件的传感器,它可以检测和测量不同的物理量,如加速度、压力、温度、湿度等。

在过去几年中,MEMS传感器已经成为各种电子设备的基本组成部分,如智能手机、平板电脑、汽车、医疗设备等。

它们的小尺寸、低功耗和高度集成化使得它们在各种领域中具有广泛的应用。

在智能手机领域,MEMS加速度传感器已经广泛应用于屏幕旋转和触摸屏操作的自动切换。

此外,MEMS陀螺仪传感器也在提高智能手机的图像稳定功能方面发挥着重要作用。

在汽车领域,MEMS传感器在安全气囊系统、车辆稳定控制系统和倒车雷达等方面发挥着关键作用。

通过检测车辆的加速度、倾斜角度和轮胎压力等,MEMS传感器可以提供准确的数据,以便及时采取相应的措施。

医疗设备也是MEMS传感器应用的重要领域之一。

例如,MEMS压力传感器可以用于监测患者的血压和呼吸率等生命体征。

此外,MEMS流量传感器可以用于检测呼气流速和输液等。

随着技术的不断进步,MEMS传感器在尺寸、功耗和性能方面也在不断提升。

例如,最新的MEMS加速度传感器采用了
纳米技术,使得其尺寸更小,功耗更低。

此外,一些MEMS 传感器具有更高的灵敏度和更大的测量范围,使得它们在更广泛的应用中具有更好的性能。

总的来说,MEMS传感器在近年来取得了巨大的发展,并在各种领域中得到广泛应用。

随着技术的不断进步,我们有理由相信MEMS传感器的发展前景将会更加广阔。

传感器研究现状与发展趋势

传感器研究现状与发展趋势传感器技术是当今科技发展中的重要组成部分,广泛应用于机械、工业、医疗、农业等领域。

传感器的研究现状与发展趋势主要表现在以下几个方面。

首先,传感器技术在小型化与集成化方面取得了显著进展。

随着微电子技术的发展,传感器体积越来越小,并且多种传感器可以集成在一个芯片上,实现多种功能。

这种小型化与集成化的趋势使得传感器在各种应用场景中更加灵活可靠。

其次,传感器技术在性能指标方面不断提升。

传感器的灵敏度、分辨率、精度等性能指标得到了显著改善,能够更准确地感知环境变化。

同时,传感器的响应速度也得到提高,能够更快地反映环境的变化。

再次,传感器技术在无线通信与互联网技术的支持下不断创新。

传感器网络技术的出现,使得大规模传感器网络的部署和管理变得可行。

通过无线通信与互联网技术的支持,传感器数据可以实时上传到云端进行处理与分析,为智能化决策提供重要依据。

同时,传感器技术在材料创新与能耗优化方面也有了新的突破。

纳米材料、生物材料等的应用使得传感器能够对细微的环境变化进行感知。

同时,传感器在能耗方面的优化,使得其能够更加节能环保,延长使用寿命。

传感器技术的发展趋势主要表现在以下几个方面:首先,多功能性与智能化是传感器技术的发展方向。

传感器不再是单一的感知设备,而是通过内部处理和算法,能够实现多种功能。

例如,光学传感器可以实现光强度、颜色、形状等多方面的感知,从而提高应用的灵活性和可行性。

其次,无源传感器技术是未来发展的热点之一、无源传感器不需要外部电源供电,通过环境中的能量(如光、震动等)驱动,可以实现长寿命、低成本的传感器。

这种技术的发展将推动传感器的广泛应用,尤其是在物联网领域。

再次,自愈性与自适应性是传感器技术发展的重要趋势。

传感器在使用过程中容易受到环境影响或损坏,自愈性的传感器可以通过自动修复或切换备份模块等方式提高可靠性。

同时,传感器的自适应性可以根据不同环境情况调整工作参数,提高适应性和准确性。

MEMS传感器研究现状和发展趋势

MEMS传感器研究现状和发展趋势摘要:微型化、集成化及智能化是当今科学技术的主要发展方向。

随着微机电系统(MicroElectroMechanicalSystem,MEMS)和微加工技术的发展,微型传感器也随之迅速发展。

介绍了MEMS传感器概念及种类,并对其研究现状、应用领域进行了分析总结和介绍。

最后,对MEMS传感器的一些发展趋势进行了论述和展望。

关键词:MEMS;传感器;微系统0引言MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。

与传统的传感器相比,它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。

同时,微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。

第一个微型传感器诞生于1962年,至此开启了MEMS 技术的先河[1]。

此后,MEMS传感器作为MEMS技术的重要分支发展速度最快,长期受到美、日、英、俄等世界大国的高度重视,各国纷纷将MEMS传感器技术作为战略性技术领域之一,投入巨资进行专项研究。

随着微电子技术、集成电路和加工工艺的发展,传感器的微型化、智能化、网络化和多功能化得到快速发展,MEMS传感器逐步取代传统的机械传感器,占据传感器主导地位,并在消费电子、汽车工业、航空航天、机械、化工、医药、生物等领域得到了广泛应用。

1MEMS传感器及分类从微小化和集成化的角度,MEMS(或称微系统)指可批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路,直至接口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统[2]。

微机电系统(MEMS)是在微电子技术的基础上发展起来的,融合了硅微加工和精密机械加工等多种微加工技术,并应用现代信息技术构成的微型系统。

是20世纪末、21世纪初兴起的科学前沿,是当前十分活跃的研究领域,涉及多学科的交叉,如物理学、力学、化学、生物学等基础学科和材料、机械、电子、信息等工程技术学科[3]。

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微加速度传感器的研究现状及发展趋势摘要:介绍了为加速度传感器的研究现状、基本原理及其分类和发展趋势。

重点论述了为加速度传感器的特点和它在民用领域和军用领域的不同应用,并对微加速度传感器领域内一些新的进展进行了讨论,指出了微加速度传感器的发展趋势。

关键词:MEMS 微加速度传感器 应用 发展趋势Research and Development of MicroaccelerometerAbstract:The research situation, the basic principle,classification and its development trend of acceleration sensor are introduced.The characteristics and application in civil areas and military field are discussesed, and some new progress to the micro acceleration sensor field are discussed.The development trend of micro acceleration sensor is proposed.Keywords:MEMS Micro acceleration sensor Applications Development trend0前言20世纪40年代初,德国人研制了世界上第一只摆式陀螺加速度计。

此后的半个多世纪以来,由于航空、航海和航天领域对惯性测量元件的需求,各种新型加速度计应运而生,其性能和精度也有了很大的完善和提高。

加速度计面世后一直作为最重要的惯性仪表之一,用在惯性导航和惯性制导系统中,与海陆空天运载体的自动驾驶及高技术武器的高精度制导联系在一起受到重视。

这时候的加速度计整个都很昂贵,使其他领域对它很少问津。

这种状况直到微机械加速度计(Micro Mechanical Accelerometer,MMA)的问世才发生了改变。

随着微机电系统技术的发展,微加速度计制作技术越来越成熟,国内外都将微加速度计开发作为微机电系统产品化的优先项目。

微加速度计与通常的加速度计相比,具有很多优点:体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性好等。

它可以广泛地运用于航空航天、汽车工业、工业自动化及机器人等领域,具有广阔的应用前景。

当前国内在加速度技术上仍沿用传统的压电技术,精度停留在5×10-5g水平上,而且尺寸偏大,重量偏重,影响我国惯导技术的先进性。

近年来国内虽然有多个单位MEMS微加速度计进行了研究,但在精度上仍未取得突破,大体上只能达到10-1g的水平。

1微加速度传感器概述及发展现状1.1微加速度传感器的工作原理MEMS加速度传感器是以集成电路工艺和微机械加工工艺为基础,在单晶硅片上制造出来的微机电系统,包括微机械加速度计、微机械陀螺仪和微惯性测量组合(MIMU)。

微加速度传感器的工作原理是经典力学中的牛顿定律,其功能是测量运动物体(如车辆、飞机、导弹、舰艇、人造卫星等)的质心运动和姿态运动,进而可以对运动物体实现控制和导航。

MEMS微加速度传感器与非MEMS为加速度传感器相比,其体积和价格可减少几个数量级,对国防具有重大战略意义。

基于MEMS加速度传感器建低成本、高性能的微型惯性导航系统正在成为当前惯性技术领域的一个研究热点。

1.2微加速度传感器的特点MEMS加速度传感器是惯性器件的一个大的种类,以其制造采用集成电路的加工工艺而明显地区别于其他惯性传感器,其优点在于寿命更长、制造成本低廉且可靠性更高。

此外,还具有体积更小、重量更轻、耗电量更小、易集成、能大批量生产等特点。

MEMS加速度传感器与液浮、气浮机械陀螺和激光、光纤等光学陀螺相比,在性能方面还有差距,但其性能提高得很快。

据预测,MEMS陀螺的性能极限是0.01°/h。

目前MEMS加速度传感器的性能已达到中等精度,其中微机械振动陀螺已被验证的分辨率约为(1°~100°)/h,微机械加速度计的偏置稳定性已达2~3μg,能满足大量战术武器的使用要求。

如美国新泽西微系统(NJM)公司的战术级惯性测量装置(IMU),价格仅相当于典型非MEMS战术级IMU的1~1.5万美元的十分之一。

预测的测量精度为小于10°/h,加速度测量能力为125μg。

该装置采用单晶硅制造,具备所要求的抗冲击响应能力,可在20000g的加速下完好工作。

1.3几种典型的微加速度传感器的比较1.3.1压阻式压阻式加速度传感器通常采用压敏电阻作为敏感元件。

压敏电阻的电阻率变化与质量块的位移有关。

其工作原理是将被测加速度转换为硅材料的电阻率变化来进行加速度的测量。

首次报道的微加速度传感器为压阻式,其示意图如图1所示。

最先商业化的微加速度传感器也为压阻式。

图1首次报道的压阻式微加速度传感器压阻式加速度传感器的结构通常很简单,加工工艺与IC技术兼容,具有良好的直流响应特性。

但是灵敏度很小(在20~50g量程下约为1~2mV/g),温度效应严重,动态范围有限。

比较典型的压阻式微加速度传感器产品生产公司是美国EG&GIC传感器公司,该公司先后成功开发一系列压阻式加速度传感器,一维的有3022,3028,3145,3255等,三维的如3355,广泛应用于汽车安全系统、测试仪器、设备振动监测等领域。

1.3.2电容式电容式加速度传感器的敏感元件为固定电极和可动电极之间的电容器,是目前研究最多的一类加速度传感器,一般采用悬臂梁、固支梁或挠性轴结构,支撑一个当作电容动板电极的质量块,质量块与一个固定极板构成一个平板电容。

其工作原理是在外部加速度作用下,校验质量块产生位移,这样就会改变质量块和电极之间的电容,将这种变化量用外围电路检测出来就可测量加速度的大小。

一种电容式微加速度传感器的示意图如图2所示。

图2一种典型的电容式微加速度传感器结构电容式加速度传感器有许多优点,比如高灵敏度、良好的直流响应特性、低温度效应和低功率耗散。

但是,由于传感器输出的高阻抗,电容式加速度传感器易受电磁干扰影响。

比较有代表性的产品是美国AD公司生产的ADXL系列MEMS电容式加速度传感器,该传感器利用表面硅微机械加工工艺与集成电路工艺相兼容的特点,将传感器与处理电路同时加工在一块芯片上,解决了电容量小、易受分布电容影响的问题。

1993年投产以来,现已形成ADXL 系列产品。

1.3.3压电式压电式加速度传感器的敏感元件是压电材料,压电材料直接将作用于质量块的力转换为电信号。

压电式微加速度传感器的工作原理如图3所示。

加速度传感器的质量块与压电材料相连,当输入加速度时,加速度通过质量块形成的惯性力加在压电材料上,使压电材料产生变形,压电材料产生的变形和由此产生的电荷(电压)与加速度成正比,输出电量经放大后就可检测出加速度大小。

图3压电式微加速度传感器原理示意图压电式加速度传感器被认为是测量绝对振动的最好工具,因为与其他已知类型的加速度传感器相比,压电式加速度传感器有如下优点:动态范围宽,在全部动态范围内线性度好,频率范围宽,质量轻。

但是,由于电荷泄漏,压电式加速度传感器不适于测量线(零频)加速度,将压电薄膜与泄漏路径绝缘,可以达到接近零频率的平坦响应。

而且由于压电效应,压电式加速度传感器温度效应严重,使用差动敏感器件可以减小这种温度效应。

由南加州大学的Q.Zou等人开发的单轴和三轴压电双晶加速度传感器,其中单轴灵敏度为7.0mV/g,最小可探测信号为0.01g;三轴的加速度传感器X,Y和Z轴的非放大灵敏度分别为0.9,1.13和0.88mV/g。

此三轴加速度传感器采用一种高度对称的四梁双压电晶片结构支撑一个质量块,使十字轴灵敏度减小。

澳大利亚Meltal公司生产的MS2100系列压电式加速度传感器产品采用晶体电路,没有移动部件,因此不会产生磨损和退化,使用寿命很长,并且可以垂直、水平或以任何角度安装,可应用于要求对壳体加速度进行测量的关键旋转机械的绝对振动,如位移、速度、加速度等。

1.3.4隧道电流式隧道电流式微加速度传感器由于其潜在的高性能和广阔的应用需求,一直以来成为研究的热点。

隧道电流式微加速度传感器的工作原理是利用电子势垒隧道效应,把输入的加速度转换为质量块的相对位移,再通过隧道效应将位移量转换为隧道电流的变化,最后用检测电路测出电流变化量从而获得相应加速度的大小。

图4为一种隧道电流式微加速度传感器。

图4隧道电流式微加速度传感器隧道电流式微加速度传感器是加速度传感器在高灵敏度、高可靠性方面应用的一个典型代表,其频带宽、灵敏度极高,大约在10-9g左右,温度效应小,又由于质量块的机械活动范围小,因而线性度好,可靠性高。

但是隧道电流式微加速度传感器信号噪声大,工作电压高,加工难度大,成品率不高。

国内外许多研究机构在进一步增大隧道电流式微加速度传感器的灵敏度等方面做了很多研究工作,如H.Dong等人采用双面ICP制作了一种面外隧道电流式加速度传感器,降低了在面外方向由于ICP侵蚀构造产生的高虎克常数,从而增大了传感器的灵敏度。

1.3.5谐振式谐振式微加速度传感器的工作原理是利用加速度使谐振频率发生变化,从而测量出加速度。

当传感器的平行梁形状改变时,刚度也会改变,两对谐振器分别感应惯性力,这会在谐振频率的变化上显示出来,使二者频率改变,比较这两个频率就可以测量出加速度的大小。

谐振式微加速度传感器的独特优点是可以直接输出数字,测量精度极高,是一种很有前途和应用价值的微加速度传感器,但是制作工艺复杂。

谐振式微加速度传感器能够满足某些领域如汽车行业对加速度传感器的高性能要求,国外许多文献对谐振式加速度传感器有所报道,但是文献数量较少。

在国内,清华大学微电子所于1999年研究了一种新型的谐振式硅微加速度传感器,以较低的成本获得了很高的器件性能。

北京航空航天大学的郭占社设计了一种用于对运动载体的运动线加速度进行测试的谐振式加速度传感器,该传感器采用差动式双端固支音叉作为敏感元件,从结构设计上提高了传感器的精度,其结构简图如图5所示。

图5谐振式加速度传感器结构简图1.4微加速度传感器的发展现状(1)国外MEMS加速度传感器的发展现状20世纪80年代以来,美、德、法、俄等国家的一些公司相继开展微硅陀螺、微硅加速度计等微型惯性仪表的研究,并进行微型惯性测量组合的研究。

美国在MEMS加速度传感器以及微型导航系统技术方面处于世界领先地位。

随着MEMS技术的发展,微机械惯性器件的研究取得了很大的进展。

目前已有微型加速度计和微型硅陀螺仪的商品生产,体积和重量均很小,但尚需提高精度。

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