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微加速度计通常由一个平行的悬臂梁构成,梁的一端固定在边框架上,另一端悬挂一个小质量物体块(约10mg),无加速度时质量块不运动,而当有垂直方向加速度时,质量块运动,对加速度敏感,并转换为电信号,经C/V转变、放大相敏解调输出。
按检测方式,微加速度计有压阻式、电容式、隧道式、共振式、热形式等几种。其中,电容式微加速度计质量块在有加速度时向下运动,与边框上的另一个电极的距离发生变化,通过检测电容的变化可获得质量块运动的位移,主要结构分为悬臂摆片式和梳齿状的折叠梁式,并变异成其它类型。前者结构相对简单些,制作上也多采用体硅加工方法,简单的摆片式结构由上、下固定电极和可动敏感硅悬臂梁电极组成,用半导体平面工艺各向异性腐蚀,静电封接技术封装完成制作。后者可看作是悬臂梁的并、串组合,设计上要复杂得多,微加工方法则以表面牺牲层技术为主,多晶硅材料的各向同性性质可保证微机械性能的对称性,批量加工精度高,采用这种结构的敏感部分尺寸做得很小,实现与外围电路的单片集成。电容式微加速度计的灵敏度高、噪音低、漂移小、结构简单,在汽车安全气囊系统和防滑系统获得广泛应用,其检测范围与准确度的性能指标分别为50g(重力加速度),200°/s、500mg、10°/s、100°/s、1°/s,安全气囊系统检测碰撞的微加速度计的检测范围为±30~50g,精度100mg,检测侧面碰撞大约为250g或500g,防滑稳定系统的测量范围±2g,精度10mg。
微加速度计商业化最重要的驱动力来自汽车工业,最成功的是美国模拟器件公司的单片集成差动电容式加速度计,现月产量达到200万只。美国摩托罗拉公司批量生产汽车用MMAS40G电容式加速度计,选择双芯片设计制作技术,封装为双列直插式或单列直插式塑封,加速度测量范围±40g。美国EG&G IC传感器公司建立了MEMS加工生产线,先后开发成功3255、3000系列压阻式加速度计,3255型主要用于汽车安全系统,敏感芯片与信号自理芯片封装在表面贴装的外壳内。德国博世、日本电装公司也有类似产品。微加速度计正替代以往的机电式加速度传感器,并伴随着汽车安全气囊系统日趋普及而高速增长。国内主要生产厂商青岛智腾微电子的sia200可以与国外产品相媲美。
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