硅微静电悬浮加速度计实验研究.pdf

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1、34传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2014年第33卷第3期硅微静电悬浮加速度计实验研究张汉蒸，韩丰田，孙搏谦，马高印(1．清华大学精密仪器系。北京100084；2．北京航天控制仪器研究所，北京100039)摘要：硅微静电加速度计将静电悬浮技术与微机械加工工艺相结合，在空间微重力环境下通过降低量程可实现极高的分辨率。设计了一种玻璃一硅一玻璃三明治结构、平行六面体状检测质量、体硅加工工艺、低量程的三轴硅微静电加速度计，分析了加速度计的力平衡回路特性。采用基于DSP的数字控制器，实现了检测质量的

2、六自由度稳定悬浮。在大气环境下测试了静电加速度计的性能。测试结果表明：加速度计轴的带宽为88．1Hz，量程为0．220g；y轴的带宽为118．2Hz，量程为0．313g；轴的带宽为lO．7Hz，量程为3．53g。关键词：微机电系统；微机械加速度计；静电加速度计；静电悬浮中图分类号：U666．1文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)03-0034-93ExperimentalstudyofSimicromachinedelectr0staticallysuspendedaccelerometerZHANGHan．zheng，HANFe

3、ng—tian，SUNBo．qian，MAGao—yin(1．DepartmentofPrecisionInstruments，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China；2．BeijingInstituteofAerospaceControlDevice，Beijing100039，China)Abstract：Simicromachinedelectrostaticallysuspendedaccelerometerswhichcombineselectrostaticsuspensionandmicromac

4、hinedfabricationtechnology，canrealizeextremelyhighresolutionwithultra—lowaccelerationrangeformiro—grivityspaceapplications．Alowrange，tri-axismicromachinedelectrostaticallysuspendedaccelerometerisdesignedwithafreeparallelepipedproofmass，andrealizedinaglass—silicon—glasssandwich

5、structurebybulksiliconmicromachiningtechnology，andprope~yoftheforcebalanceloopofaccelerometerisanalyzed．ADSP—baseddigitalcontrolleriSrealizedtoachievestablelevitationoftheproofmasselectrostaticallyinsixdegreesoffreedom．Theexperimentalresultsoftheaccelerometeroperatedintheatmos

6、phericenvironmentshowthattheclosed-loopsuspensionbandwidthandmeasuringrangesare88．1Hz，0．220gintheaxis；118．2Hz，0．313gintheYaxis；andlO．7Hz，3．53gintheaxis，respectively．Keywords：MEMS；micromachinedaccelerometer；electrostaticaccelerometer；electrostaticsuspension0引言国内外已有多家单位开展了MEMS静电

7、加速度计的静电加速度计在空间微重力环境中可充分发挥其高分研究，主要有美国球半导体公司、日本东北大学、英国辨率、低量程的优势，可用于卫星非保守力和空间飞行器振南安普顿大学J、清华大学以及上海交通大学等。本动的测量，也可用于验证广义相对论的等效原理。传统文介绍了面向空间微重力环境应用的一种低量程硅微静电静电加速度计采用精密机械加工手段制造，工艺复杂，体积加速度计，分析了静电加速度计的力平衡回路，在大气环境大，功耗高，造价昂贵，不适宜在微小型航天器上应用。与下实验验证了硅微静电加速度计的主要性能。传统静电加速度计相比，硅微静电加速度计采用微机械加1敏感结

8、构设计工工艺，具有体积小、重量轻、成本低、功耗低等优势，其工硅微静电加速度计设计为玻璃一硅一玻璃键合的三层结作原理是依靠可