mems加速度传感器的原理及构造.doc

微系统设计与应用
加速度传感器的原理与构造
班级：2012机自实验班
指导教师：xxx
小组成员：xxx
xx大学机械工程学院
二OO五年十一月
摘要
随着硅微机械加工技术(MEMS)的迅猛发展,各种基于MEMS技术的器件也应运而生,目前已经得到广泛应用的就有压力传感器、加速度传感器、光开关等等,它们有着体积小、质量轻、成本低、功耗低、可靠性高等特点,而且因为其加工工艺一定程度上与传统的集成电路工艺兼容,易于实现数字化、智能化以及批量生产,因而从问世起就引起了广泛关注,并且在汽车、医药、导航和控制、生化分析、工业检测等方面得到了较为迅速的应用。其中加速度传感器就是广泛应用的例子之一。加速度传感器的原理随其应用而不同，有压阻式，电容式，压电式，谐振式等。本文着手于不同加速度传感器的原理、制作工艺及应用展开，能够使之更加全面了解加速度传感器。
关键词：加速度传感器，压阻式，电容式，原理，构造
目录
1 压阻式加速度传感器1
压阻式加速度传感器的组成1
压阻式加速度传感器的原理1
敏感原理1
压阻系数1
悬臂梁分析1
MEMS压阻式加速度传感器制造工艺1


、划片1
2电容式加速度传感器1

电容器加速度传感器力学模型1






3 其他加速度传感器1
光波导加速度计1



4 加速度传感器的应用1

功能1
参考文献1
压阻式加速度传感器
压阻式器件是最早微型化和商业化的一类加速度传感器。这类加速度传感器的悬臂梁上制作有压敏电阻，当惯性质量块发生位移时:会引起悬臂梁的伸长或压缩，改变梁上的应力分布，。这样，通过两个或四个压敏电阻形成的电桥就可实现加速度的测量。其特点在于压阻式加速度传感器低频信号好、可测量直流信号、输入阻抗低、且工作温度围宽，同时它的后处理电路简单、体积小、质量轻，因此在汽车、测振、航天、航空、航船等领域有广泛的应用。
压阻式加速度传感器的组成
MEMS压阻式加速度传感器的敏感元件由弹性梁、质量块、固定框组成。压阻式加速度传感器实质上是一个力传感器，他是利用用测量固定质量块在受到加速度作用时产生的力F来测得加速度a的。在目前研究尺度，可以认为其基本原理仍遵从牛顿第二定律。也就是说当有加速度a作用于传感器时，传感器的惯性质量块便会产生一个惯性力:F=ma,此惯性力F作用于传感器的弹性梁上，便会产生一个正比于F的应变。，此时弹性梁上的压敏电阻也会随之产生一个变化量△R，由压敏电阻组成的惠斯通电桥输出一个与△R成正比的电压信号V。

本系统的信号检测电路采用压阻全桥来作为信号检测电路。
电桥采用恒压源供电，桥压为。设、为正应变电阻，、为负应变电阻，则电桥的输出表达式为:
我们在电阻布局设计、制造工艺都保证压敏电阻的一致性，因此可以认为有的压敏电阻和压敏电阻的变化量都是相等的，即:
则电桥输出的表达式变为:
敏感原理
本论文采用的是压阻式信号检测原理，，材料的体电阻率发生变化的材料性能。晶体结构的形变破坏了能带结构，从而改变了电子迁移率和载流子密度，使材料的电阻率或电导发生变化。一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：
式中，电阻丝的电阻率;电阻丝的长度;电阻丝的截面积。
当电阻丝受到拉力作用时，将伸长，横截面积相应减少,电阻率则因晶格发生变形等因素的影响而改变，故引起电阻值变化。对全微分，并用相对变化量来表示，则有
。若径向应变为
，由材料力学可知，式中为电阻丝材料的泊松系数，又因为，代入式可得
灵敏系数为
对于半导体电阻材料，，即因机械变形引起的电阻变化可以忽略，电阻的变化率主要由引起，即可见，压阻式传感器就是基于半导体材料的压阻效应而工作的。
压阻系数
最常用的半导体电阻材料有硅和锗，掺入杂质可形成P型或N型半导体。其压阻效应是