《電子技術(shù)應(yīng)用》
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硅微加速度計概述
摘要: 隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展,,慣性傳感器件在過去的幾年中成為最成功,應(yīng)用最廣泛的微機電系統(tǒng)器件之一,,而微加速度計(microaccelerometer)是慣性傳感器件的杰出代表。微加速度計的理論基礎(chǔ)是牛頓第二定律,,根據(jù)基本的物理原理,,在一個系統(tǒng)內(nèi)部,速度是無法測量的,,但卻可以測量其加速度,。如果初速度已知,就可以通過積分計算出線速度,,進而可以計算出直線位移,。結(jié)合陀螺儀(用來測角速度),構(gòu)成微型慣性測量單元(MIMU),,就可以對物體進行精確定位,。根據(jù)這一原理,人們很早就利用加速度計和陀螺進行輪船,,飛機和航天器的導(dǎo)航,,近年來,人們又把這項技術(shù)用于汽車的自動駕駛和導(dǎo)彈的制導(dǎo),。汽車工業(yè)的迅速發(fā)展又給加速度計找到了新的應(yīng)用領(lǐng)域,,汽車的防撞氣囊(Air Bag)就是利用加速度計來控制的。
Abstract:
Key words :

     隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展,,慣性傳感器件在過去的幾年中成為最成功,應(yīng)用最廣泛的微機電系統(tǒng)器件之一,,而微加速度計(microaccelerometer)是慣性傳感器件的杰出代表,。微加速度計的理論基礎(chǔ)是牛頓第二定律,根據(jù)基本的物理原理,,在一個系統(tǒng)內(nèi)部,,速度是無法測量的,但卻可以測量其加速度,。如果初速度已知,,就可以通過積分計算出線速度,進而可以計算出直線位移,。結(jié)合陀螺儀(用來測角速度),,構(gòu)成微型慣性測量單元(MIMU),就可以對物體進行精確定位,。根據(jù)這一原理,,人們很早就利用加速度計和陀螺進行輪船,飛機和航天器的導(dǎo)航,,近年來,,人們又把這項技術(shù)用于汽車的自動駕駛和導(dǎo)彈的制導(dǎo)。汽車工業(yè)的迅速發(fā)展又給加速度計找到了新的應(yīng)用領(lǐng)域,,汽車的防撞氣囊(Air Bag)就是利用加速度計來控制的,。

    硅微加速度計的類型較多,按檢測質(zhì)量的運動方式來分,,有角振動式和線振動式加速度計,;按檢測質(zhì)量支承方式來分,有扭擺式,、懸臂梁式和彈簧支承方式,;按信號檢測方式來分,有電容式,、電阻式和隧道電流式,;按控制方式來分,有開環(huán)和閉環(huán)式之分,。

    開環(huán)加速度計的測量系統(tǒng)是開環(huán)的(或稱為開口的),。加速度值經(jīng)過敏感元件、信號器,、放大器變成電信號直接輸出,。對應(yīng)于每一個被測量的加速度值,開環(huán)加速度計便有一個輸出值與之對應(yīng),。為了滿足實際應(yīng)用的需要,,開環(huán)加速度計必須精確地予以校準(zhǔn),并且在工作過程中,保持這種校準(zhǔn)值不發(fā)生變化,,開環(huán)加速度計的抗干擾能力較差,,在出現(xiàn)擾動(外界干擾)時就會對測量精度有較大的影響,一般來說,,精度也較低,,開環(huán)加速度計的優(yōu)點是構(gòu)造簡單、容易維護,,成本較低,。

    閉環(huán)加速度計又稱力平衡加速度計、力反饋加速度計,、帶有補償系統(tǒng)的加速度計,,或伺服加速度計,。這類加速度計的測量系統(tǒng)是閉口的,,被測加速度經(jīng)敏感元件、信號器,、放大器等變成電信號,,加給對檢測質(zhì)量有控制作用的力(或力矩)發(fā)生器。也就是說,,采用了反饋,,把輸出量與輸入量進行比較,構(gòu)成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng),。閉環(huán)加速度計的抗干擾能力較強,,測量精度較高,又由于有反饋作用,,使檢測質(zhì)量始終工作在零位附近,,從而可以擴大量程。在慣性導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)中,,廣泛采用閉環(huán)加速度計,。

    而如今,微加速度傳感器廣泛應(yīng)用叉指結(jié)構(gòu),,叉指結(jié)構(gòu)式微加速度傳感器具有靈敏度高,、溫度穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)相對簡單,、功耗比較小,、直流特性好等特點,但是容易受到電磁干擾,。該類型的加速度計可以通過叉指結(jié)構(gòu)增加檢測電容,,而且可以制作反饋結(jié)構(gòu),實現(xiàn)閉環(huán)控制,利于精度的提高,。此外,,此類型微加速度計的制作方法基本上與大規(guī)模集成電路的工藝技術(shù)相互兼容。綜上述的特點,,叉指式微加速度計具有很高的研究價值,。

    作為最成熟的慣性傳感器應(yīng)用,現(xiàn)在的MEMS加速度計有非常高的集成度,,即傳感系統(tǒng)與接口線路集成在一個芯片上,。

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