测控技术与仪器 毕业论文范文——电容式加速度传感器结构设计及性能改进

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1、电容式加速度传感器结构设计及性能改进摘要电容式微机械加速度传感器是一种将加速度转换成差分电容、通过检测差分电容的变化来检测加速度大小的一类高精度的惯性传感器。利用电桥电路实现C—V变换，设计了一种电容式微机械加速度计。本文构建电容式加速度传感器及外围电路的数学模型，进行了各种传感器的比较，而且介绍了一些关于电容式微传感器加工制造方面的知识。关键词：电容式加速度传感器，差分电容，电桥电路，加工技术CapacitiveAccelerometerDesignandPerformanceImprovementABSTRACTCapaci

2、tiveaccelerometerisawaytoconvertthedifferentialcapacitoracceleration,bydetectingchangesincapacitancetodetectthedifferentialaccelerationofthesizeofaclassofhigh-precisioninertialsensors.BridgecircuitusingC-Vtransformation,designofacapacitiveaccelerometer.Capacitiveacce

3、lerometerconstructedinthispaperandthemathematicalmodeloftheexternalcircuit,tocomparethevarioussensors,anddescribessomeofthedeclineofcapacitancesensormanufacturingknowledge.Keywords:capacitiveaccelerometer,differentialcapacitance,thebridgecircuit,processingtechnology目

4、录第一章绪论11.1引言11.2几种加速度传感器的比较11.3硅微加速度传感器国内外研究现状21.4MEMS技术51.5传感器的先进加工技术51.5.1概述51.5.2薄膜加工技术61.5.3腐蚀加工技术81.5.4键合技术101.5.5X射线深层光刻电铸成型技术LIGA11第二章电容式加速度传感器基础132.1工作原理132.2电路模型142.3空气阻尼模型152.3.1库埃特流阻尼模型162.3.2压膜阻尼模型16第三章敏感元件及结构设计183.1结构设计183.2测量电路213.3传感器结构性能参数22第四章稳定性讨论和性

5、能改进设想254.1稳定性254.1.1温度对传感器稳定性的影响。254.1.2边缘效应254.1.3寄生电容264.1.4绝缘措施27II4.2性能改进方面的设想284.2.1结构改进284.2.2材料方面的改进294.2.3加工制作工艺改进304.2.4电路设计的改进30第五章结论31参考文献32致谢33II第一章绪论1.1引言传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官”。它是人类探知自

6、然界信息的触觉，为人们认识和控制相应的对象提供条件和依据。作为现代信息技术的三大核心技术之一的传感技术，是二十一世纪世界各国在高新技术发展方面争夺的一个重要领域。微机电系统（MEMS）技术制作的微传感器在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS传感器正发展成为一个巨大的产业，就像近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响[1]。目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、微陀螺仪、硬盘驱

7、动头、墨水喷嘴和加速度计等。其中硅微加速度传感器在汽车、工艺控制、航空航天、武器装备上是用得最多的MEMS传感器之一。且来自集成电路工艺的技术发展使得低成本、大批量地生产MEMS传感器成为可能。1.2几种加速度传感器的比较加速度传感器按原理可以分为压阻式，电容式，隧道电流式，谐振式。其中压阻式和电容式加速度传感器开发较早，应用较为广泛。压阻式传感器是利用硅材料的压阻效应制作的传感器，它的工作原理是将被测的加速度转换为硅材料电阻率的变化来进行加速度的测量。这种加速优点，其缺点是温度效应严重、灵敏度低。隧道电流式加速度传感器是根据近

8、年来发展起来的STM（同步传输模块）原理，利用隧道电流对位移变化的敏感性来检测外界作用力，一般用力反馈的方法保持隧穿电流的恒定，加速度变化引起的惯性力变化可以通过反馈的静电力来检测。这种加速度传感器精度非常高，不过这种传感器加工难度较大，目前成品率不高[2]。第