硅微电容式加速度传感器结构设计
mems电容式加速度计原理
MEMS电容式加速度计原理一、工作原理MEMS电容式加速度计是一种基于微机械加工技术制成的传感器，用于测量加速度。
其核心部分是可移动的感应质量块和固定电极，它们之间存在微小的间距。
在工作状态下，当被测物体发生加速度时，感应质量块会受到力的作用，从而产生位移。
这个位移量会改变感应质量块与固定电极之间的距离，从而引起电容值的改变。
通过测量电容值的变化，可以推导出物体的加速度。
二、结构设计MEMS电容式加速度计的典型结构包括一个可移动的感应质量块和两个对称的固定电极。
感应质量块通常采用单晶硅材料制成，形状为长方形或圆形，其两端固定在弹性梁上。
弹性梁的材料一般为氮化硅或石英，它们具有良好的弹性性能和稳定的热性能。
固定电极一般采用金属材料制成，与硅衬底形成电容器。
当加速度作用在感应质量块上时，感应质量块会沿着敏感轴方向产生位移，从而改变电容器的电容值。
三、电容变化当感应质量块发生位移时，它与固定电极之间的距离会发生变化，导致电容值的改变。
这个电容变化量可以通过外部电路检测并转换为电压信号输出。
在MEMS电容式加速度计中，通常采用差分电容检测方式来提高检测灵敏度和减小外界干扰的影响。
差分电容检测方式是将两个对称的电容器串联在一起，通过测量两个电容器的电容差值来推导出加速度值。
四、测量范围MEMS电容式加速度计的测量范围取决于其结构设计、制造工艺和材料选择等因素。
一般来说，MEMS电容式加速度计的测量范围在±2g 至±10g之间。
在实际应用中，可以根据需要选择适合测量范围的加速度计。
此外，为了减小测量误差和提高测量的稳定性，可以对加速度计进行温度补偿和线性补偿等处理。
五、方向测量MEMS电容式加速度计一般只能测量单一方向的加速度值，而要实现方向测量则需要使用多个加速度计。
一般来说，将多个MEMS电容式加速度计按不同的方向布置在同一个被测物体上，每个加速度计负责测量一个方向的加速度值。
通过对这些加速度值进行处理和分析，可以获得物体在三维空间中的运动状态和方向信息。
“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
硅电容式微传感器课件
04
硅电容式微传感器的应用实 例
气体传感器
总结词
硅电容式微传感器在气体检测领域具有高灵 敏度、低成本和易于集成的优点，广泛应用 于环境监测、工业控制和安全防护等领域。
详细描述
硅电容式微传感器利用其高灵敏度和选择性 ，能够检测多种气体，如氧气、二氧化碳、 甲烷等。这些传感器通过测量气体在敏感材 料上引起的电容变化来检测气体浓度，具有
详细描述
分辨率是衡量硅电容式微传感器测量精度的重要参数。它决定了传感器能够检测到的最小物理量变化 。高分辨率的传感器能够更准确地测量微小变化，适用于需要高精度测量的应用场景。
线性度
总结词
线性度是指硅电容式微传感器的实际输出曲线与理想直线之间的偏差程度，反映了传感器输出与输入之间的关系 。
详细描述
线性度是评估硅电容式微传感器性能的重要指标之一。理想的传感器输出与输入之间应呈线性关系，但实际应用 中由于各种因素的影响，输出曲线往往存在偏差。线性度越高，偏差越小，传感器的测量准确性越高。
硅电容式微传感器课件
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目录
• 硅电容式微传感器概述 • 硅电容式微传感器的设计与制造 • 硅电容式微传感器的性能参数 • 硅电容式微传感器的应用实例 • 硅电容式微传感器的挑战与未来
发展
01
硅电容式微传感器概述
定义与特点
定义
硅电容式微传感器是一种利用硅材料 的物理特性，将物理量（如压力、位 移、速度等）转换为电信号的微型传 感器。
05
硅电容式微传感器的挑战与 未来发展
提高灵敏度与分辨率
总结词
硅电容式微传感器的灵敏度和分辨率是衡量其性能的 重要指标，提高这两项指标有助于更好地检测微小变 化。
叉指电容式汽车安全气囊硅微加速度传感器的设计和分析
吩 孚［ 一 ］ ＝
（ ２ １）
电刚 度 （ 静 电力 引 起 的 劲 度 系 数 ） 即 为
４ ％＿ ％ ｔ
‘ （３ １）
微 机械加速 度 计一般 由敏 感元件 、信 号 传 感 器 和 力 矩 器 三 部 分 组 成 。 敏 感 元 件 通 常 为 微 加 工 技 术 加 工 出 来 的 敏 感 质 量 块 ，它 用
Ｆ 静 电 力 的影 响 ．
（） ４
△
贝 △ｃ＝ｃ —Ｃ ９ Ｉ ｏ＝
：
等 Ａｃ （ ］ ｄ ＋ ＋
（ ５）
静 电力 是 叉 指 电容 的 可 动 叉 指 和 固 定 叉 指加 极性相 反的 电压 引起 的库 伦吸 引力 。静 电力 作 用 在 敏 感 元 件 上 ， 系 统 会 产 生 一 个 负 刚 度 ， 从 而 改 变 系 统 的 属 性 。 因 此 ， 静 电 力
当 极 板 间 的 遮 盖 面 积 为Ａ，极 板 间 介 质 的 介 电 常 数 为 ｅ，初 始 极 板 间距 为 ｄ时 ， 初 始 电
容 Ｃ为
：
支承 关 系， 因此 系统 的等效 弹性 刚度系 数为
＝
４ ， 即 ｇｇ ３ Ｋｏ ， － ｈ
．
Ｅ ｔｈ Ｃ ３
“ 丁
ｄ０ （ ３）
的影响不可忽略。
加 速 度 计 的 基 本 原 理 基 于 牛 顿 第 二 定 律 ， 它 通 过 敏 感 相 应 的 惯 性 力 来 间 接 测 量 加 速度 。
当：，＝ 即 器 化 等１ 等 电 的 时 ，容 变
量 △ｃ 似 和 位 移 Ａｄ 正 比 。 但 仍 有 二 次 及 近 成 加 速 度 计 的系 统 结 构 图
电容式加速度传感器课件
要点二
详细描述
为了满足现代工业、航空航天、医疗等领域对传感器性能 的严苛要求，电容式加速度传感器在设计和制造过程中不 断追求更高的灵敏度和分辨率。同时，通过改进传感器内 部结构、优化材料选择和工艺制程，降低其噪声水平，提 高测量精度。此外，拓宽测量范围也是高性能化发展的重 要方向之一，以满足各种复杂环境下对加速度测量的需求 。
详细描述
温度变化可能导致传感器内部结构膨胀或收缩，改变传感器的电气 参数，从而影响其输出值。
解决方案
采用温度补偿技术、选择具有良好热稳定性的材料、加强散热设计 等措施，以减小温度对传感器性能的影响。
噪声与干扰
总结词
噪声与干扰是指传感器在受到非目标信号干扰时，输出的 异常值。
详细描述
噪声与干扰可能来源于电源波动、电磁场、机械振动等因 素。
详细描述
长期稳定性对于需要长期监测的应用至关重要。良好的长期稳定性意味着传感器在长时间使用后，其性能参数的 变化较小，能够提供可靠的测量结果。
04
电容式加速度传感器的校准与标定
校准方法
01
02
03
绝对校准
通过与已知准确度的标准 传感器进行比较，确定电 容式加速度传感器的准确 度等级。
相对校准
通过比较同一批次电容式 加速度传感器的输出，确 定各传感器间的相对准确 度。
灵敏度下降
总结词
灵敏度下降是指传感器在受到相同加速度作用时 ，输出值减小。
详细描述
灵敏度下降可能是由于传感器内部结构磨损、电 路老化、外部环境中的污染物等因素引起的。
解决方案
定期检查和清洁传感器、更换磨损部件、加强密 封性等措施，以保持传感器的灵敏度。
温度影响
总结词
电容式微加速度传感器信号处理电路的设计
电容式微 加速度传感器信号处理 电路 的设计
刘海涛 ， 温志渝 ， 中泉 温
（ 重庆 大学光电工程 学院微系统 中心 ， 重庆 ４ ０ ３ ） ０ ０ ０
摘 要 ： 介绍了一种新型的电容式微加速度传感器的信号处理电路 ， 可以用来检测电容式微加速度传感器敏感的加速度． 该
１ 电容式微 加速度传 感器 的工作原理
电容式叉指 型硅微加速度器敏感元的结构如图 １ 所示［ ， ３ 加速度 由中央叉指活动极板 与若干个 固
定极板组成． 硅制活动极板通过一对支撑梁与基座
为电容的差分变化量信号 ， 产生的瞬时输 出信号将
正比于加速度的大小． 运动方 向则通过输 出信号的
ｔ ｅｃｒｕ ｔ ｎ ｅ ｕ ｌｏｉ ｒ ｖ ｈ ｅ ｆ ｆ ａ ｃ ｆｔ ｅｓ ｎ ｏ ． ｈ ｉｃ ｍｓａ ｃ ，ｂ ｔａｓ ｍｐ ｏ ｅｔ ｅ ｐ ｒｏ ｉ ｎ ｅｏ ｈ ｅ ｓ ｒ ｎ
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｐ ｃｔ ｅ ；ｍ ｉｒ － ｃｅｅ ｏ ｅｅ ；ｓｇ ａ ｒ ｃ ｓ ；ｃ ａ ｇ ｅ ｓｔ ｉ ；ｃｏ ｅ ｌｏ ｙｗｏ ｄ ：ａ ａ ｉｉ ｖ ｃ ｏａ ｃ ｌｒ ｍ ｔ ｒ ｉｎ ｌ ｏ ｅ ｓ ｈ ｒ ｅｓ ｎ ｉｉ ｔ ｐ ｖ ｙ ｌｓ －ｏ ｐ
指和其两个电极， － ２ ］如图 ｌ ４ 所示． 即最后加速度的信号变
前广为关注 、 研究开发度极 高 的一种微 型加速 度 传感器． 对微 小差分 电容的变 化量 的检测是一 但
个难题 ， 而且处理 电路 的设计 要求能 减少外部 环 境 和寄生电容 的干扰［ ． ２ ］
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第ｌ 卷 ９
第５ 期
mems加速度计z轴结构及工作原理
mems加速度计z轴结构及工作原理mems加速度计是一种基于微机电系统（MEMS）技术的传感器，用于测量物体在三维空间中的加速度，其中z轴加速度是指物体在垂直于地面的方向上的加速度。
mems加速度计的结构可分为三个主要部分：质量块、支撑结构和感应电极。
质量块是mems加速度计的核心部件，通常采用微米级别的硅质材料制成。
支撑结构用于支撑质量块，以保持其相对静止位置，一般由弹性材料制成。
感应电极则用于测量质量块的位移，从而间接测量物体在z轴方向上的加速度。
mems加速度计的工作原理基于质量块的惯性。
当物体受到外力作用时，质量块会发生位移，而这种位移会导致感应电极间的电容发生变化。
通过测量电容的变化，可以推断出质量块的位移大小，从而得到物体在z轴方向上的加速度。
具体而言，mems加速度计利用电容变化来测量质量块的位移。
当物体受到加速度时，质量块会发生相应的位移，导致感应电极之间的电容发生变化。
通过测量电容的变化，可以确定质量块的位移量，从而得到物体在z轴方向上的加速度。
为了实现这一测量过程，mems加速度计通常采用差动电容结构。
差动电容结构由两对相等的感应电极组成，分别位于质量块的两侧。
当质量块发生位移时，感应电极之间的电容会发生变化。
通过测量两对感应电极之间的电容差值，可以确定质量块的位移量，进而计算出物体在z轴方向上的加速度。
为了提高mems加速度计的灵敏度和精度，还可以采用一些增强措施。
例如，可以在质量块和支撑结构之间设置减震垫，以减小外界干扰对加速度测量的影响。
同时，还可以采用温度补偿技术，通过测量环境温度的变化来修正mems加速度计的输出，以提高其稳定性和准确性。
mems加速度计是一种基于微机电系统技术的传感器，用于测量物体在三维空间中的加速度。
通过测量质量块的位移，可以间接得到物体在z轴方向上的加速度。
其结构简单、工作原理清晰，可以应用于许多领域，如运动追踪、姿态控制、智能手机等。
随着MEMS技术的不断发展，mems加速度计将会在更多领域发挥重要作用。
一种电容式微加速度计的结构设计和工艺仿真
传 感 技 术 学 报
Ｃ ＮＥ Ｅ Ｊ ＲＮＡ Ｆ Ｅ Ｏ Ｓ Ａ ＨＩ Ｓ ＯＵ Ｌ Ｏ Ｓ ＮＳ Ｒ ＮＤ Ｃ Ａ ＴＵＡ Ｒ ＴＯ Ｓ
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ ５ １１ ．
２０ ０ ６年 １ ０月
０ｃ ． ０ ６ ｔ２ ０
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｖｉｔ ａ ｂ ｉａ ｉ ｎ Ｐｒ ｃ ｓ ｆａ Ｎｅ Ｋｉ ｆＣａ ｃ ｔｖ ｃ ｅｅ ｏ ｅ ｅ ｓｇ ｎ ｒｕ ｌＦａ ｒｃ ｔｏ ｏ ｅ ｓｏ ｗ ｎｄ ｏ ｐａ ｉｉ ｅＡ ｃ ｌｒ ｍ ｔ ｒ
ｃｏａｃ ｌ ｏ ｔｒｃ ｒｅ ｔ ． Ｂ ｓｄ ｏ ｉｃ ｎ ｇａ ｓａ ｏ ｉ ｂ ｎ ｉｇ ｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｎ ｕ ｔ ｅｙ ｃ ｕ ｌｄ ｒ－ｃｅｅ ｍｅｅ ｕｒｎ ｌ ｒ ｙ ａｅ ｎ ｓ ｉ ／ ｌｓ ｎ ｄｃ ｏ ｄｎ ｅｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ ｉｄ ｃｉ ｌ ｏ ｐｅ ｌｏ ｖ
加工技术基础之上设计 了一种 电容式微加 速度计 ， 构将 两种改变平行板 电容量 的方 式有效 的结合 在一 起 ， 高 了结构 的 该结 提
灵敏度 并具有较好的线性度． 后 ， 最 对所设计 的结构 进行 了工艺仿真 ， 通过虚拟 工艺仿 真结果 与设计进 行 比较 ， 证 了结 构 的 论
由于微机械尺寸很小所以形成的电容量是非常微弱的在使用中经常被干扰噪声淹没作为测量仪表提高精度很重要的一项措施就是采用差动测量方式差动测量的两部分由于在相同环境条件下受到的干扰噪声基本一样所以可以通过相减排除其绝大部分极大地提高了信噪比
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第１ ９卷
第 ５期
ＭＥ ＭＳ器 件． 于 ＭＥ 由 ＭＳ器 件 是 针 对 各 种 不 同 的
虑． 在设计 中， 机电结构设计 和工艺流程设计是相互 交联的． 电容式微加速度计是 利用质量块 把加速度 的变化转换成电容 电极 间极距 的变化 ， 一般 采用差 分结构． 从制作工艺上 ， 电容式微型加速度计可分为 两类 ： 表面工艺微型加速度计 和体硅工艺微型加速 度 计 ． 面微 机械 加 工 工 艺 通 过 对 硅 表 面层 的 加 工 表 及牺牲层的腐蚀来 获得微机 械部件 ， 因此当被用于 制作惯性传感器时， 所制得 的器件 的惯性质量和检 测电容都很小． 而体硅微机械加工工艺 ， 以制得具 可 有较大惯性质量器 件． 在传统 的体硅微 机械 中， 玻 璃一 玻璃 的三明治结 构通常被用来构成适合 于检 硅一 测电容变化 的差分 电容式 结构． 但是． 玻璃 难 以加
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。