MEMS加速度传感器的原理与构造

M E M S加速度传感器的

原理与构造

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微系统设计与应用

加速度传感器的原理与构造

班级：2012机自实验班

指导教师：xxx

小组成员：xxx

xx大学机械工程学院

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、可靠性高等特点,而且因为其加工工艺一定程度上与传统的集成电路工艺兼容,易于实现数字化、智能化以及批量生产,因而从问世起就引起了广泛关注,并且在汽车、医药、导航和控制、生化分析、工业检测等方面得到了较为迅速的应用。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、制作工艺及应用展开，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.................................... 错误!未定义书签。

压阻式加速度传感器的组成 ................................. 错误!未定义书签。

压阻式加速度传感器的原理 ................................. 错误!未定义书签。

敏感原理.............................................. 错误!未定义书签。

压阻系数.............................................. 错误!未定义书签。

悬臂梁分析............................................ 错误!未定义书签。

MEMS压阻式加速度传感器制造工艺........................... 错误!未定义书签。

结构部分............................................... 错误!未定义书签。

硅帽部分....................................... 错误!未定义书签。

键合、划片............................................. 错误!未定义书签。2电容式加速度传感器..................................... 错误!未定义书签。

电容式加速度传感器原理 .................................... 错误!未定义书签。

电容器加速度传感器力学模型............................ 错误!未定义书签。

电容式加速度传感器数学模型............................. 错误!未定义书签。

电容式加速度传感器的构造 .................................. 错误!未定义书签。

机械结构布局的选择与设计............................... 错误!未定义书签。

材料的选择............................................. 错误!未定义书签。

工艺的选择............................................. 错误!未定义书签。

具体构造及加工工艺..................................... 错误!未定义书签。

3 其他加速度传感器....................................... 错误!未定义书签。

光波导加速度计............................................ 错误!未定义书签。

微谐振式加速度计........................................... 错误!未定义书签。

热对流加速度计............................................. 错误!未定义书签。

压电式加速度计............................................. 错误!未定义书签。

4 加速度传感器的应用.................................... 错误!未定义书签。

原理....................................................... 错误!未定义书签。

功能...................................................... 错误!未定义书签。参考文献................................................ 错误!未定义书签。

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，改变梁上的应力分布，进而影响压敏电阻的阻值.压阻电阻多位于应力变化最明显的部位。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单、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。

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元件由弹性梁、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。在目前研究尺度内，可以认为其基本原理仍遵从牛顿第二定律。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化量△R ，由压敏电阻组成的惠斯通电桥输出一个与△R 成正比的电压信号V 。

压阻式加速度传感器的原理

本系统的信号检测电路采用压阻全桥来作为信号检测电路。

电桥采用恒压源供电，桥压为e U 。设2R 、4R 为正应变电阻，1R 、3R 为负应变电阻，则电桥的输出表达式为: