微加速度传感器研究现状及发展趋势
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。
传感器技术的发展现状与未来趋势分析

传感器技术的发展现状与未来趋势分析近年来,传感器技术在各个领域迅猛发展,并对我们的生活和产业产生了巨大影响。
传感器作为一种能够感知环境信息并将其转化为可读信号的设备,广泛应用于智能手机、智能家居、工业自动化等领域。
本文将探讨传感器技术的发展现状以及未来的趋势。
随着物联网技术的飞速发展,传感器技术也得到了极大的推动。
传感器的应用范围越来越广泛,从环境监测到医疗诊断,从智能交通到农业种植,传感器已经成为现代社会不可或缺的一部分。
例如,智能手机上的加速度传感器和陀螺仪可以实现屏幕自动旋转和手势控制功能,改善了用户的操作体验。
在汽车领域,各类传感器的应用大大增强了车辆的智能化和安全性能,如倒车雷达、自动刹车系统等。
此外,在工业领域,传感器的应用也发挥着举足轻重的作用,实现了工厂自动化生产和远程监控。
传感器技术的发展正在朝着高精度、小型化和多功能化的方向发展。
首先,高精度是目前传感器技术发展的主要趋势之一。
随着消费者对于产品性能的要求越来越高,在各个领域都需要更加精确的传感器来提供准确的数据和指导。
其次,小型化是传感器技术的另一个重要趋势。
随着电子技术的不断进步,传感器的尺寸越来越小,从而能够更好地适应各种环境和应用场景。
最后,多功能化是传感器技术未来的发展方向之一。
未来的传感器将不仅仅具备单一的感应功能,还可以通过整合其他技术实现更加复杂的功能,如图像识别、声音识别等。
在未来,传感器技术将继续对智能化、自动化和智慧城市等领域产生重要影响。
随着人工智能技术的发展,传感器将与智能算法相结合,实现更加智能化的应用。
例如,在智慧城市中,基于传感器网络和大数据分析的智能交通系统可以实现交通拥堵预测和智能导航功能,提高交通效率。
此外,传感器技术还可以在环境保护、健康监测和农业领域发挥重要作用。
例如,利用传感器技术可以实现对环境中各种污染物的实时监测,对健康状况进行远程监测,并优化农业生产过程。
然而,随着传感器技术的发展,也面临着一些挑战和问题。
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。
微加速度计的研究现状及发展趋势

微加速度计的研究现状及发展趋势(中国科学技术大学电子科学技术系)摘要:微加速度计相对于普通加速度计有许多优点,在众多领域得到了广泛的应 用。
按检测方式的不同,可将其分为电容式,压阻式,压电式,谐振式以及光学 式等。
本文详细论述了这些微加速度计的原理及最新进展,此外也列举了一些新 式的微加速度计,最后对微加速度计的市场应用和发展趋势作了探讨。
关键字:微加速度计最新进展市场应用发展趋势Abstract: Comparing with general accelerometers, microaccelerometer has many advantages and has been widely used in lots of fields. Microaccelerometer can be divided into several types according to different detection methods, including capacitive type, piezoresistive type, piezoelectric type, resonant type, optical types, etc. This letter investigates principle and the latest development of above-mentioned microaccelerometers and lists some novel types. Finally, the discussion about market applications and development trend for microaccelerometer are shown.Keywords:microaccelerometer; latest development; market applications; development trend引言MEMS(Micro-Electro-Mechanical System),微机电系统,是由集成电路技术发展而来,起始于上世纪80 年代,历经三十多年的发展已成为时下的高新技术产业,是一项关系到国家科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。
MEMS传感器的发展趋势及其应用

• 37•MEMS传感器是一种新型的传感器技术,是多学科领域交叉的前沿科技技术。
本文主要研究MEMS传感器国内及国外的发展现状和趋势以及主要的应用领域。
MEMS突出的优点是利用微电子技术把传感器、执行器和处理电路这三部分集成在一起,组成单片集成传感器或系统,更可以实现传感器芯片的大规模批量制造,已广泛用于信息、汽车、消费、工控等领域,并成为国际竞争的战略制高点。
1 目前国内外研究的现状1.1 国外研究现状究其传感器和MEMS的发展过程,二十世纪六十年代刚出现微加工器件,七十年代主要研究新的技术和扩展应用方面,八十年代系列生产更为复杂的器件,九十年代是集成敏感系统的发展,二OOO年以后无线微系统开始发展。
纵观二OOO年以后的MEMS传感器专利数据,得到以下的数据:虽然从二OOO年以后,MEMS传感器技术迅速发展,但是每个阶段都有各自独到的特点并且存在很大的差异。
为便于分析可以把它划分成三个阶段,二OOO至二OO六年称之为成长期,二OO七至二O一O年定义为发展期,二O一一年到现在被视为迅猛成长期。
伴随着MEMS市场需求的日益增长,可以预测到MEMS技术必定会以快速发展的状态并且一直保持快速地增长势头。
MEMS技术发展依赖与市场的需求,并且以市场需求为导向,它的发展快慢和所需的类型都和市场的所需密不可分。
上世纪九十年代末,随着MEMS技术越来越走向商业,该技术经历了起步期、生长期,大量的微传感器产物大量的冲入了市场。
随后二OOO至二OO 六年这六年期间,主要为汽车工业的发展,而汽车上需要的传感器之多,这其中主要以压力、加速度和热传感器为代表。
而二OO七至二O 一O年这三年,MEMS的发展可以说是进入了多元化阶段,虽然在从专利数量方面分析并没有发生很大的变化,但是应用领域却在不断的扩大、拓宽,例如:在航空航天技术、生物医药领域、医疗电子、消费电子和化工机械等方面,都逐渐展现出了MEMS传感器的影子。
与此同时,物联网和智能制造的成长在一定程度上起到了催促作用。
基于MEMS的微型加速度传感器研究

基于MEMS的微型加速度传感器研究在当今科技飞速发展的时代,传感器作为获取信息的关键器件,在众多领域发挥着至关重要的作用。
其中,基于 MEMS(微机电系统)技术的微型加速度传感器凭借其体积小、重量轻、功耗低、集成度高等显著优势,成为了研究的热点。
MEMS 技术的出现为微型加速度传感器的发展带来了革命性的变化。
传统的加速度传感器通常体积较大、成本较高,限制了其在一些对空间和成本敏感的应用中的使用。
而 MEMS 技术通过微加工工艺,能够在微小的硅片上制造出复杂的机械结构和电子线路,从而实现传感器的微型化。
微型加速度传感器的工作原理主要基于惯性原理。
当物体发生加速度运动时,质量块会受到惯性力的作用,从而产生位移或应力的变化。
通过检测这些变化,并经过一系列的信号处理和转换,就能够得到加速度的数值。
常见的检测方式有电容式、压阻式和压电式等。
电容式微型加速度传感器是利用电容的变化来检测质量块的位移。
在这种传感器中,通常有两个平行的极板,其中一个是固定的,另一个与质量块相连。
当加速度作用时,质量块的位移会导致电容值发生变化,通过测量电容的变化就可以得到加速度的信息。
压阻式微型加速度传感器则是基于半导体材料的压阻效应。
当质量块产生位移时,会引起电阻值的变化,通过测量电阻的变化来计算加速度。
压电式微型加速度传感器利用压电材料的压电效应来检测加速度。
当受到应力作用时,压电材料会产生电荷,通过测量电荷的变化来获取加速度的大小。
在 MEMS 微型加速度传感器的设计中,需要考虑众多因素。
首先是结构设计,要确保传感器具有足够的灵敏度和测量范围,同时还要考虑其稳定性和可靠性。
材料的选择也至关重要,需要具备良好的机械性能和电学性能。
此外,制造工艺的精度和一致性对传感器的性能有着直接的影响。
MEMS 微型加速度传感器在众多领域都有着广泛的应用。
在汽车工业中,它们被用于汽车安全系统,如碰撞检测和气囊触发。
在消费电子领域,如智能手机、平板电脑等设备中,用于自动旋转屏幕、运动检测等功能。
mems传感器发展现状

mems传感器发展现状随着科技的不断发展和智能化的进程,MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)传感器在各个领域得到了广泛的应用。
MEMS传感器是一种将微纳技术应用于传感器制造的技术,具备体积小、功耗低、响应快、成本低等优点。
以下是MEMS传感器在几个领域的发展现状。
1. 汽车行业:MEMS传感器在汽车行业的应用非常广泛。
例如,加速度传感器可以用于汽车的碰撞检测和空气囊的部署;压力传感器可以用于轮胎压力监测系统,提高行驶安全性;倾角传感器可以用于车辆的自动平衡系统等。
随着自动驾驶技术的发展,MEMS传感器在汽车行业的应用前景更加广阔。
2. 移动设备:MEMS传感器在移动设备中得到了广泛应用,如加速度计、陀螺仪和磁力计等。
这些传感器可以实现屏幕自动旋转、手势控制、电子指南针等功能。
随着智能手机和可穿戴设备的普及,MEMS传感器的需求也大幅增加。
3. 医疗行业:MEMS传感器在医疗行业中也得到了应用。
例如,血压传感器可以用于实时监测高血压患者的血压变化并及时报警;温度传感器可以用于体温监测;心率传感器可以用于心脏疾病的监测等。
MEMS传感器的小尺寸和低功耗特点使其非常适合在医疗设备中使用。
4. 工业控制和安全:MEMS传感器在工业控制和安全中的应用也越来越多。
例如,压力传感器可以用于工业设备的压力监测和泄漏检测;湿度传感器可以用于环境监测和空调控制等。
随着工业智能化的推进,MEMS传感器在工业控制领域的应用将会进一步增加。
总的来说,MEMS传感器在各个领域的应用都有所扩展,尤其是汽车、移动设备、医疗和工业控制等领域。
随着科技的进步和应用场景的不断扩展,MEMS传感器的应用前景将更加广阔。
同时,随着技术的成熟和成本的降低,MEMS传感器的发展也将越来越迅速。
电容式微加速度传感器发展现状

电容式微加速度传感器发展现状的研究摘要在高度发达的现代社会中,世界各国都将传感器技术列为尖端技术。
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。
以传统加工方法制造的加速度传感器难以全面满足这些要求。
于是应用新兴的微机械加工技术制作的微加速度传感器应运而生。
本文论述了电容式传感器的原理、分类、作用,并对电容式微加速度传感器的工作原理、结构和特点加以介绍,最后这类传感器的若干关键技术及将来的研究方向进行探讨。
关键词:电容,传感器,微传感器Research on the development condition of the capacitanceacceleration sensorAbstractIn the flourishing and modern city, the technology of sensor is considered as the sophisticated technology all over the world. Because of the modern science and technology, acceleration sensor should be characteristic, for example, cheapness, predominant capability and easy to volume-produce. The sensors that are made with the tradition process method can not have these characteristics. So the sensors that are made with the new machine processing technology emerge as the times require. In this thesis, the principle, classification and effect of the capacitance sensor are presented. What is more, the work principle, frame and characteristic of the capacitance acceleration sensor are given in the thesis. Finally, the key technology and research direction of this kind of sensor is discussed.Key word: capacitance, sensor, micro sensor目录1 引言 (1)1.1 传感器技术发展背景及概述 (5)1.2 论文的主要内容 (6)2. 传感器 (7)2.1 传感器的概念、组成及分类 (7)2.1.1 传感器的组成 (7)2.1.2 传感器的分类 (8)2.2 传感器的作用 (9)2.3 传感器的发展方向 (10)3 电容式传感器 (13)3.1 电容式传感器的工作原理 (13)3.2 电容式传感器的类型 (13)3.2.1变极距型电容传感器 (13)3.2.2 变面积型电容传感器 (14)3.2.3 变介电常数型电容传感器 (14)3.3 电容式传感器的特点 (15)3.3.1 电容式传感器的优点 (15)3.3.2 电容式传感器的缺点 (16)4 电容式微加速度传感器 (18)4.1 电容式微加速度传感器的特点 (18)4.2 开环式电容微加速度传感器 (18)4.2.1 开环立体硅工艺电容式微加速度传感器 (19)4.2.2 表面硅工艺电容式微加速度传感器 (21)4.2.3 单晶硅微加工加速度传感器 (23)4.2.4 具有静态响应能力的电容式加速度计 (26)4.2.5 基于MEMS工艺方式的电容式微加速度传感器 (28)4.3 闭环式电容微加速度传感器 (30)4.3.1 静电力平衡式硅微加速度传感器 (30)4.3.2 高分辨率电容式微加速度传感器 (33)4.3.3 机械加工硅电容式加速度传感器 (37)4.3.4 高灵敏度横向电容式硅微加速度计 (40)4.3.5 LIGA工艺电容式微加速度传感器 (45)5 总结电容式微加速度传感器的关键技术及发展方向(结论) (50)5.1 频率响应特性的改善 (50)5.2 阻尼控制 (50)5.3 横向灵敏度的抑制 (51)5.4 温度漂移的抑制 (51)5.5 信号检测与处理电路 (51)5.6 封装 (52)5.7 对电容式微加速度传感器将来发展的展望 (53)致谢 (54)参考文献 (55)1 引言1.1 传感器技术发展背景及概述在高度发达的现代社会中,科学技术的突飞猛进和生产过程高度自动化已成为人所共知的必然趋势,而它们的共同要求是必须建立在不断发展与提高的信息工业基础上。
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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。
0 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ADX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。
美国模拟器件公司(ADI 公司)的集成加速度计是微机械与微电子集成的标志性产品,主要用于汽车防撞气囊的弹出控制,年产值超过2亿美元。
ADI公司基于MEMS技术的惯性传感器供货量已达到2亿只。
NJM公司正在研制使用MEMS技术的战术级IMU,与现有装置相比,成本大幅降低,体积大为减小,功耗也更小。
MEMS 加速度感器正在向精度更高和集成度更高的方向发展,其中MEMS 陀螺的发展尤为明显。
MEMS加速度计是所有MEMS 传感器中商业市场化最为成功的,它在精度方面已能满足战略导弹的应用要求。
微机械加速度计在工程上达到的精度为1×10-4g,潜在精度还可以提高一个数量级。
MEMS 陀螺的性能也接近或达到战术级导航的水平。
微机械陀螺的分辨率达到(1°~100°)/h,在工程上可以实现10°/h 的精度。
石英微机械陀螺已批量生产,有的硅微陀螺已实用化。
尽管也开发出来一些高精度的微机械加速度计,但其价格昂贵,从整体上来说精度水平还不很高。