最新MEMS加速度计..PPT课件.ppt

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1、MEMS加速度计..加速度计是一种惯性传感器，能够测量物体的加速力。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就比如地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。MEMS(MicroElectroMechanicalSystems)加速度计就是使用MEMS技术制造的加速度计。由于采用了微机电系统技术，使得其尺寸大大缩小，一个MEMS加速度计只有指甲盖的几分之一大小。MEMS加速度计具有体积小、重量轻、能耗低等优点。CONTENTS目录MEMS加速度计工作原理1MEMS加速度计的类型2MEMS加速

2、度计应用3MEMS加速度计的研究难题（国内）4MEMS加速度计的发展趋势5电容式微加速度计电容式微加速度计是最常见的，也有成熟推广的产品。其基本原理就是将电容作为检测接口，来检测由于惯性力作用导致惯性质量块发生的微位移。质量块由弹性微梁支撑连接在基体上，检测电容的一个极板一般配置在运动的质量块上，一个极板配置在固定的基体上。图2所示为典型的三明治结构的平板电容式微加速度计。还有AD公司开发的电容式微加速度计采用梳齿阵列电容作为检测接口。电容式微加速度计的灵敏度和测量精度高、稳定性好、温度漂移小、功耗极低，而且过载保护

3、能力较强；能够利用静电力实现反馈闭环控制，显著提高传感器的性能。扭摆式微加速度计扭摆式微加速度计的敏感单元是不对称质量平板，通过扭转轴与基座相连，基座上表面布置有固定电极，敏感平板下表面有相应的运动电极，形成检测电容(如图3)。当有加速度作用时，不对称平板在惯性力作用下，将发生绕扭转轴的转动。转动角与加速度成比例关系，可用下式表示：maL=Kθ。式中，a为输入加速度；L为质量平板质心到支撑轴转动中心的距离；K为支撑轴的扭转刚度系数；θ为平板的扭转角。当质量平板发生偏移时，可以利用电容的静电力来调节平板的偏转角度，提高

4、系统的测量范围，改善系统的动态特性。其基本特点与电容式类似。隧道式微加速度计隧道效应就是平板电极和隧道针尖电极距离达到一定的条件，可以产生隧道电流。由J.G.Simmons推导的隧道电流和针尖与下电极之间的距离关系可以描述为：I∝V×exp(-αkx)。式中，V为施加在电极两端的电压；α为有效势垒高度；x为电极间隙；k为常数。这样可以看出，隧道电流与极板之间的间隙x呈负指数关系。隧道式微加速度计常用悬臂梁或者双端固支梁支撑惯性质量块，质量块在惯性力的作用下，位置将发生偏移，这个偏移量直接影响到隧道电流的变化，通过检测

5、隧道电流变化量来间接检测加速度值。系统的典型结构示意图如图4所示。三、MEMS加速度计应用MEMS传感器在汽车产业中的应用MEMS运动传感器在移动电话中的应用光标或游戏机控制导航磁盘驱动器保护MEMS加速度计在鼠标的应用MEMS传感器在汽车产业中的应用1、汽车发动机控制用传感器1．1温度传感器1．2压力传感器1．3流量传感器1．4位置和转速传感器1．5气体浓度传感器1．6爆震传感器1．7节气门位置传感器MEMS传感器在汽车产业中的应用2、安全系统方面用传感器2．1微加速度传感器2．2表面微机械陀螺2．3车辆监控和自诊

6、断用传感器2．4高温微电子在汽车中的应用1．7节气门位置传感器节气门位置传感器安装在节气门上，其功能是将发动机节气门的开度信号转变成电信号，并传递给电子控制单元，用以感知发动机的负荷大小和加减速工况。最常用的是可变电阻式节气门位置传感器。该传感器是一种典型的节气门传感器，主要由一个线形变位器和一个怠速触点两部分组成。电阻变位器用陶瓷薄膜电阻制成，滑动触点用复位弹簧控制，与节气门同轴转动。工作时，线形变位器的触点在电阻体上滑动，根据变化的电阻值，可以测得与节气门开度成正比的线性输出电压信号。根据输出电压值，电子控制单元

7、可获知节气门的开度和开度变化率，从而精确判断发动机的运行工况，提高控制精度和效果。怠速信号滑动触点是常开触点，只有在节气门全闭时才闭合，产生怠速触点信号，主要用于怠速控制及点火提前角的修正。2．4高温微电子在汽车中的应用高温微电子在汽车发动机控制、气缸和排气管、电子悬架和刹车、动力管理及分配等方面的监控中都起着非常重要的作用。例如，用于发动机控制的高温微电子传感器和控制器将有助于燃烧的更好监测和控制，它将使燃烧的更加彻底，提高燃烧效率。但是，用传统的硅半导体技术制作的微电子器件由于不能在很高的温度下工作，已不能胜任。

8、为了解决在高温环境下温度测量问题，必须研制一种新的材料来取代传统的半导体材料。第三代宽能带半导体材料Sic具有高击穿电场、高饱和电子漂移速率、高热导率及抗辐照能力强等一系列优点。特别适合制作高温、高压、高功率、耐辐照等半导体器件。集成的Sic传感器可以直接与高温油箱和排气管接触。这样，能进一步获得有关燃料效率和减少废气排放的更多信息。研究表明，