基于mems技术的复合型智能传感器设计

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1、86传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2006年第25卷第3期?＼前沿技术、基于MEMS技术的复合型智能传感器设计曲国福．刘宏昭(西安理工大学机仪学院，陕西西安710048)摘要：把微机电系统(MEMS)技术的加速度敏感元件和微处理器有机结合，借助智能算法，设计了一种多功能的复合传感器，可同时测量运动物体的的振动、冲击和倾斜角度。试验表明：该传感器能够足够同时精确地检测运动物体的振动、冲击和倾斜角度信息，用于汽车中时，能够及时检测汽车的动态信息与车体的姿态。关键词：微机电系统；加速度；振动；倾角中图分类号：TP2

2、l7文献标识码：B文章编号：1000—9787(2006)03—0086—03DesignofcompoundandintelligentsensorbasedonMEMStechnologyQUGuo—fu，LIUHong—zhao(InstituteofMachineandPrecisionInstrument，Xi’anUniversityofTechnology，Xi’an710048，China)Abstract：IntegratingaccelerationsensingunitapplyingMEMStechniquewithmicrocontrolun

3、it(MCU)，amulti—purposecompoundsensorisdesignedwiththehelpofintelligentalgorithem，itcanmeasurethevibration，shockandthetiltangleofmobileatthes~inetime+Experimentresultsshowthesensorscandetecttheseinformationsofmobileinsufficientprecision．Asforthedynamicinformationandattitudeofmobilecanbei

4、mmediatelydetectedwhenitisusedinautomobiles．Keywords：microelectronmechanicalsystem(MEMS)；acceleration；vibration；tiltangleO引言电子计算机就会通过对某一个或几个车轮采取制动和减小随着世界科学技术的发展，微机电系统(MEMS)近几发动机扭矩输出的方式让车减慢下来。从而防止了汽车的年在许多国家已有了较大的突破与发展，并已成功地应用侧翻问题。于航空、航天、汽车、医学等诸多领域。作为MEMS的一个1MEMS加速度传感器的工作原理主要分支一微型惯性器件也在发达

5、国家迅速发展起来，由微硅加速度传感器的：[作原理与一般常用的加速度传微型硅陀螺和微型硅加速度计组成的微惯性组合(MIMU)感器(如，液浮摆式加速度传感器、石英加速度传感器、金也有望应用于航天、航空等军事领域。微型硅加速度传感属挠性加速度传感器等)的工作原理基本一样，都是通过器是一种新颖的加速度传感器，它采用硅单晶材料，采用微一个质量摆敏感加速度，并将其转换为电信号，此信号经电机械加工工艺实现。微型硅加速度传感器具有结构简单、子线路相敏放大后反馈到力矩器，力矩器产生反馈力矩与体积小、功耗低、适合大批量生产、价格低廉等特点，因而，加速度产生的惯性力矩平衡。但各种加速度传感

6、器有各自在卫星上微重力的测量、微型惯性测量组合、简单的制导系的特点，为完成某种功能所设计的结构也不相同图1为统、汽车的安全系统、倾角测量、冲撞力测量等领域有广泛电容式微型硅加速度传感器原理图。的应用前景J。本文在微型硅加速度传感器的基础上，借助数字信号处理技术，设计了振动／冲击／倾角复合型传感器，即借助一个传感器可以同时测量3个参量。该传感器是汽车侧翻稳定控制(rollstabilitycontrol，RSC)的一个关键传感器，当汽车在行驶过程中，由于弯道、地面路滑或紧急情况下突然转弯，RSC系统通过该传感器检测车体的图1电容式加速度传感器工作原理图实际运动状态信息，

7、这些信息一旦超出了限定的范围，车载Fig1Principlediagramofcapacitiveaccelerationsensor收稿日期：2005—06—24第3期曲国福等：基于MEMS技术的复合型智能传感器设计电容式微型硅加速度传感器探头主要由硅摆片和极板由于倾角的变化相对比较缓慢。基本属于静态测量，静组成。在硅摆片上，活动质量块通过悬臂梁与边框相连，活态测量的一个特殊的例子就是重力加速度，当传感器静止动质量块与极板组成一对差动电容器c，和c，质量块作时(也就是侧面和垂直方向没有加速度作用)，作用在它上为电容器c，c的公共活动极板，同时，电容