差分式雙軸加速度傳感器的系統(tǒng)仿真及分析.pdf

1、微機(jī)械加速度傳感器是應(yīng)用微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)出來的典型微傳感器,在軍事裝備和工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用背景。在一些慣性導(dǎo)航、電子器件的應(yīng)用中,需要精密的雙軸乃至三軸加速度傳感器來測量加速度矢量,未來微加速度計(jì)的發(fā)展空間在于其高精度、集成化、多軸化。用體硅微機(jī)械工藝制作的梳齒電容式傳感器有制作工藝簡單、穩(wěn)定性好、阻尼系數(shù)容易控制等優(yōu)點(diǎn),因而應(yīng)用廣泛。論文提出了一種新型的基于體硅工藝的梳狀電極電容式雙軸加速度傳感器,檢測部分采用變面積、差動(dòng)式

2、的敏感結(jié)構(gòu),具有結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、能實(shí)現(xiàn)無接觸式測量、靈敏度好、分辨率高、線性好等優(yōu)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)加速度計(jì)結(jié)構(gòu)和接口電路的雙片集成,精確測得平面上的加速度,并對此加速度傳感器結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)、模擬分析、工藝加工及測設(shè)分析等方面的工作。利用ANSYS、Intellisuite、MATLAB、L-edit等CAD工具進(jìn)行微硅加速度傳感器的結(jié)構(gòu)級、工藝級、系統(tǒng)級的仿真分析。分析得到本文所設(shè)計(jì)的雙軸加速度傳感器微結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量為1.174mg,

3、X、Y軸的機(jī)械靈敏度皆為32.6nm/g,模態(tài)分析結(jié)果表明,第一和第二模態(tài)振型為兩敏感方向的振型,且諧振頻率分別為2774Hz,2775Hz。在系統(tǒng)方面,由于雙軸加速度傳感器結(jié)構(gòu)共用一個(gè)質(zhì)量塊,兩軸共用活動(dòng)電極,在結(jié)構(gòu)部分輸出的是一個(gè)X軸與Y軸的混疊信號,本文采用基于頻分原理設(shè)計(jì)可以有效地區(qū)分開這個(gè)混疊信號,實(shí)現(xiàn)敏感檢測方向的有效檢測。經(jīng)過MEMS加工工藝制作出的芯片尺寸為5260μm×5260μm。經(jīng)過測試,此雙軸加速度傳感器的電學(xué)靈