一種壓阻式線加速度計 2

1、1應用背景介紹應用背景介紹慣性傳感器是檢測和測量加速度、傾斜、沖擊、振動、旋轉和多自由度運動的傳感器。慣性傳感器是解決導航、定向和運動載體控制的重要部件。MEMS慣性傳感器體積小，重量輕、價格低及耐沖擊加速度高的特點，使許多常規(guī)戰(zhàn)術武器裝備慣性測量裝置的應用成為可能。如：智能炮彈、短程戰(zhàn)術導彈、精確制導炸彈、魚雷、水雷；各類常規(guī)火控系統(tǒng)火箭彈、航彈的姿態(tài)控制和穩(wěn)定系統(tǒng)。此外，在航空航天飛行旗控制領域、艦船測控技術領域、汽車自動駕駛技術領

2、域、工業(yè)測控技術領域、橋路建設技術領域、地質勘探技術領域等都得到了廣泛的應用。例如，小型飛行器的制導、穩(wěn)定系統(tǒng)，無人機的航姿系統(tǒng)及航模的自動控制系統(tǒng)都已逐漸開始使用角加速度和線加速度傳感器。工業(yè)機器人、攝像機、航空攝影、地震監(jiān)測、醫(yī)用器械、體育器械、氣象觀測、電視轉播等行業(yè)也越來越多地使用MEMS慣性傳感器。MEMS慣性傳感器可分為角速率陀螺和線加速度計。線加速度計是指將受控或被測對象沿某一直線方向的運動加速度轉換成電信號或其它形式信號

3、的裝置。所有加速度計的工作原理都可以用牛頓第二運動定律描述。敏感質量體是加速度檢測中的關鍵部件，一個質量塊被加速時，就存在一個正比于加速度作用的力，通過測量該力即可檢測到加速度。線加速度計經過數(shù)十年的持續(xù)發(fā)展已經變得更精確、更廉價、更小、更輕、耗能更少，全數(shù)字化、小型化、固體化和耐高過載是今后線加速度計的主要發(fā)展方向。而且由于電子技術的大幅度發(fā)展，通過使用數(shù)字電子電路和計算機技術可以使得線加速度計變得更簡單。線加速度計又可分為機械式線加

4、速度計；撓性線加速度計；MEMS硅﹑石英線加速度計（含壓阻﹑壓電線加速度計）；石英撓性線加速度計等。具體來說，由發(fā)展時間的先后依次是：三、四十年代的擺式積分陀螺加速度計和寶石軸承增加，受壓縮式減小；外接電阻R?和R?與R?和R?構成惠斯通電橋，U為穩(wěn)壓的直流電源電壓，e為與被測加速度成正比的輸出信號電壓；外殼?（與底座?固定連接）內充滿阻尼油?；?是裝在?上的塑料泡沫阻尼器。加速度計的工作原理是依據牛頓第二定律建立的，即質量塊在加速度作

5、用下將產生一個相對的慣性力。如圖?中的敏感結構（質量塊m)可將這個慣性力轉換成一個與之相應的應變梁?的變形，梁的變形引起貼在其上下的兩塊電阻的阻值變化，進一步引起輸出信號電壓e的變化，如此便可利用壓阻應變計將這一變形檢出，以此實現(xiàn)對外界線加速度的測量。3理論分析理論分析3.1懸臂梁結構分析圖2為敏感結構示意圖，、、和、、分別為梁和質量塊的長、1a1b1h2a2b2h高和寬，質量塊的質量為m。當芯片以加速度運動時，質量塊產生的慣性力za為