MEMS加速度传感器PPT课件

1、1，传感器技术加速度传感器，MEMS，2，片假名计程仪，Group 3，3，前文，MEMS是什么加速度传感器和MEMS的关系？ 也被称为微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System )的微机电系统包括微传感器、微致动器、微机械结构、微电源微能量、信号处理和控制电路、高性能电子集成老虎钳、接口组3、4、概况、加速度传感器、加速度传感器的分类、加速度传感器是能够测量加速度力的电子设备。 所谓加速力，是物体在加速过程中作用于物体的力，是地球的引力，也就是重力之类的东西。 加速力可以是g这样的常数也可以是变量。 加速度仪有角加速度计，是回转仪(角速度传感器)的改

2、良。 另一个是线加速度计。 加速度传感器的原理因应用而异，有压阻式、静电容量式、压阻式、谐振式、伺服式等。 Group 3、5、压阻式加速度传感器、压阻式解老虎钳是最早小型化、商业化的加速度传感器。 基于世界领先的MEMS硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、电功耗低等特点，易于集成在多种天线计程仪和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。 在Group 3、6、压阻式加速度传感器、作用机制、特征、压阻式加速度传感器的悬臂南朝梁中建立咖啡师，惯性质量体位移时，会引起悬臂南朝梁的伸长、压缩，改变南朝梁上的应力分布，影响咖啡师的电阻值。 压阻往往位于应力变化最显着的

3、部位。 因此，可以测量由两个或四个咖啡师形成的桥的加速度。 压阻式加速度传感器次低频信号好，能测量直流信号，输入阻抗低，工作温度范围宽。 在云同步，后处理电路简单，小型，轻量。 组3、7、压阻式加速度传感器、MEMS压阻式加速度传感器的传感器元件由弹性南朝梁、质量块、固定框构成。 压阻式加速度传感器实质上是力传感器，测量固定质量体受到加速度作用时产生的力f来测量加速度a。 现在的研究尺度认为，其基本原理遵循牛顿的第二定律。 即，当加速度a作用于传感器时，在传感器的惯性质量体上产生惯性力：F=ma，该惯性力f作用于传感器的弹性梁，并且产生与f成比例的失真。 此时，弹性光束上的咖啡师也产生变化量r

4、，由咖啡师构成的惠斯通电桥输出与r成比例的电压信号v。 Group 3，8，压阻式加速度传感器，悬臂根部横向力：Group 3，悬臂南朝梁电阻的相对变化率：质量块摇滾乐的质量m，悬臂南朝梁的宽度和厚度b，h，质量块摇滾乐中心到悬臂根部的距离l，加速度a .悬臂南朝梁分析，9，压阻式加速度传感器组3、信号检测、本系统的信号检测电路采用压电电阻全桥作为信号检测电路。 桥输出公式为：1.0，压阻式加速度传感器，为了加工图示的加速度传感器，主要以以下加工手段实现。 采用注入、推进、氧化创新技术形成咖啡师采用KHO各向异性现象深腐蚀形成质量块采用AES释放南朝梁和质量块摇滾乐最后利用焊接工艺得到所需的“

5、穿山鼠开关”结构。 Group 3，1.1，压阻式加速度传感器、硅微机械加工技术是基于传统的IC集成电路平面技术化学基发展起来的，是普通IC集成电路技术与硅微机械加工独特的技术结合。 这些个独特的加工技术可以结合常规的IC集成电路技术，制作微电子机械系统. 传声器吉卜赛人加工技术一般分为体硅微机械加工技术、表面硅微机械加工技术和LIGA技术3种。Group 3，1.2，压阻式加速度传感器，(a )在硅片两侧堆积氮化硅膜。 (b )在硅晶片前侧堆积第一层多晶硅牺牲层，制作第一层。 (c )在硅晶片的前侧堆积第二层氮化硅，在硅晶片的后侧堆积第一层氮化硅。 (d )制作前侧和后侧。 (e )堆积制作

6、金属层(镍)。 (f )通过各向异性现象蚀刻得到沟槽。 组3、1.3、静电容量式加速度传感器、静电容量式加速度传感器是基于静电容量原理的极距变化型静电容量传感器，一个电极是固定的，另一个变化电极是弹性膜。 弹性隔膜因外力(气压、油压等)而位移，使静电容量发生变化。 该传感器可以测量气流(或流动)的振动速度(或加速度)，进一步测量压力。 Group 3，1.4，静电容量式加速度传感器，静电容量式加速度传感器在力学上可以看作是质量弹簧衰减系统。 从牛顿的第二定律可以得到力学模型： Group 3，力学模型，其中传感器的无衰减自振角频率，传感器衰减比分别为：零初始条件下的拉普拉斯变换，传递函数：如果

7、将传感器壳固定在载体上，质量块摇滾乐相对于敏感轴方向壳的位移可将1.5、压阻式加速度传感器、Group 3、数学模型、静电容量式加速度传感器简化为图示模型，两个电容串联，建立方程得到电容变化与加速度的关系，质量块加速度引起的微小位移可转换为差动电容的变化，且两个电容的差与位移量成正比可以测量加速度。1.6、压阻式加速度传感器、目前许多静电容量式加速度传感器均由硅晶圆三部分构成，中层是由两层SOI硅晶圆构成的可动容量极板。 如图1所示，中间的可动电容极板由8根弯曲弹性连结南朝梁支承，被夹在固定于上下层的电容极板之间。 基本结构选择需要考虑的条件是量程、刚性约束、弹性约束、谐振频率约束。 南朝梁的

8、选择一般可以通过选择u形折叠南朝梁，保证一定的刚性，节约材料。 为了实现过负荷保护，始终采用挡块结构限制敏感质量块摇滾乐运动的最大位移。 常用材料为二氧化硅、组3、工艺结构、1.7、压阻式加速度传感器、静电电容式MEMS加速度仪的工艺一般采用表面工艺、体硅工艺、LIGA工艺、SOI DRIE工艺等。 以下介绍工艺流程：组3、工艺流程、(a )确定上下极板间的容量间距(b )用KOH湿蚀刻两面的SiO2(c )等去除SiO2层，在两面再生成新的氧化层，继续用KOH湿蚀刻工艺流程、1.8、压阻式加速度传感器、组3、工艺流程(d )双面涂布负性光刻胶去除湿蚀刻南朝梁结构(e )负性光刻胶后，双面重新

9、氧化生成SiO2，然后EVG-100霸盖(f ) 用剩下的负性光刻胶进行蚀刻除去负性光刻胶，1.9，压阻式加速度传感器、组3、工艺流程(g )等的蚀刻结束，利用对称南朝梁结构形成(h )对称结构，确认中间南朝梁位置(I )的上下两层形成2m的SiO2对称氧化层，隔断上下三层、2.0、压阻式加速度传感器、Group 3、工艺流程、(j )其后通过梁结构中间阶层和上下层连接(k )控制温度为480度后，以1100度保存1小时。 2.1和其他类型的加速度传感器是、光波导式、新、微谐振式、谐振式的加速度传感器是典型的微机械惯性演示老虎钳，基本的工作原理是利用振动南朝梁的力频率特性，通过检测谐振频率的变

10、化量来获得输入的加速度。 新、热电偶流式、微热对流加速度仪利用封闭空气袋内的自由热对流对加速度敏感。 两个温度传感器对称地位于有气体的腔的两侧，中央有热源。、新、Group 3、目前应用广泛的光学加速度仪迈克尔森、马赫-曾德尔等干扰作用仪的核心零配件都含有3 dB耦合器。 压电式、压电式加速度传感器利用水晶结晶等逆压电效应，当加速度仪受到振动时，质量体对压电元件施加的力也会发生变化。成熟、2.2、其他类型的加速度传感器，1 .光学波导添加速率表光学波导添加速率表的原理如下图： 光源进入波导1并且通过分支部分之后，分别穿过波导4和波导2，并且进入波导4的光束由直接检测器2检测，而进入波导2的光束

11、通过很小间隙进入波导3，并且最终由检测器1检测。 具有加速度时，质量块使波导2弯曲，减小与波导3的相对面积，并且减弱检测器1检测到的光。 将两个检测器检测到的信号进行比较，得出加速度、Group 3、2.3、其他类型的加速度传感器，2 .谐振式加速度仪谐振式加速度仪，简称silicon oscillating accelerometer，SOA。 一根弦的张力不同，弹向云同步的声音频率也不同，谐振式加速度仪的原理与此相同。 当对南朝梁施加一定的振动时，能够通过检测其响应来检测固有频率，从而检测加速度。 加振和响应的检测通常是通过梳齿机构实现的。 SOA的特征是通过改变二次系统自身的特性来反映加

12、速度的变化，从而与静电容量式、压电式、光波导式的加速度仪有所区别。 SOA中常见的结构有s结构和两端固定音叉(Double-ended Tuning Fork，DETF )两种。 s结构的原理图如下图所示，DEFT式是质量块一半左右对称的机构，组3，2.4，其他类型的加速度传感器，3 .热对流加速度仪是位于芯片中央的热源产生一个空洞浮游的热气团，与此同时，由铝和多晶硅构成的热电偶组成为热源的四个不受加速度和水平放置时，温度的下降梯度以热源为中心完全对称。 此时，4个热电偶组全部由感应温度产生的电压相同。 Group 3，2.5，其他类型的加速度传感器，4 .压电加速度仪压电加速度仪利用逆压电效应，通过测量压电材料的两个阶段的电位差