MEMS加速度传感器ppt
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加速度传感器-ReadPPT课件
0
x
迟滞特性
H 1 /2 H m/y a F x S 1% 00
3．重复性
y
重复性是指传感器在输入按同一 方向连续多次变动时所得特性曲 线不一致的程度。
⊿Rmax2
⊿Rmax1
重复性误差可用正反行程的最大偏
差表示，即
0 x
△Rmax1正行程的最大重复性偏差， △Rmax2反行程的最大重复性偏差。
5．智能化
对外界信息具有检测、数据处理、逻辑判断、自诊断和 自适应能力的集成一体化多功能传感器，这种传感器具有与主 机互相对话的功能，可以自行选择最佳方案，能将已获得的大 量数据进行分割处理，实现远距离、高速度、高精度传输等。
汽车用传感器
1
第一章 传感器概述
§1.0传感器与检测技术的作用
历史时代： 手工化
机械化
自动化 信息化 …
生产方式：
人与简 单工具
动力机 与机械
自动测 量控制
智能机 械装置
…
…
信息流
获取
传输
处理
控制
§1.1传感器的定义
国家标准（GB7665-87）中传感器（Transducer/Sensor）的定义： 能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 （是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用 的某种物理量的测量装置。） ①传感器是测量装置，能完成检测任务； ②输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等； ③输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、
R R m/a y F x S1% 00
4．灵敏度与灵敏度误差
传感器输出的变化量 y与引起该变化量的输入变化量 x之比即 为其静态灵敏度，其表达式为
加速度传感器ppt课件
速
度
传
感 器
•压阻式加速度传感器
的
分
类
•电容式加速度传感器
•伺服式加速度传感器
;.
4
压电式加速度传感器是基于压电晶体的压电效应工作的。 压 电 式 加 速 度 传 感 器 工 作 原 理
图4 压电效应原理 某些晶体在一定方向上受力变形时图，其内部会产生极化现象，同时在它的两个 表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，又重新恢复到不带电状态，这种 现象称为“压电效应”。 具有“压电效应”的晶体称为压电晶体。常用的压电晶体有石英、压电陶瓷等。
温度受到限制。
;.
6
压 电 式
它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。 缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入 阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。
加
速
度
传
感
器
优
缺
点
图6 压电式j加速度;.
7
压电式加速度传感器在现代生产生活中被应用于许许多多的方面，如提电脑的硬盘 抗摔保护，目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候 的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦
电 容 式
但不足之处表现在信号的输入与输出为非线性，量程有限，受电缆的电容影响，以及 电容传感器本身是高阻抗信号源，因此电容传感器的输出信号往往需通过后继电路给 于改善
加
速
度
传
感
器
优
缺
点
图17 电容式加速度
传感器
;.
15
在某些领域无可替代，如安全气囊，手机移动设备等。 电 容 式 加 速 度 传 感 器 应 用
MEMS传感器及其应用 ppt课件
微机电系统（Microelectromechanical Systems，MEMS）是将微电子技术与机械 工程融合到一起的一种工业技术，它的操 作范围在微米范围内。比它更小的，在纳 米范围的类似的技术被称为纳机电系统。 MEMS（微机电系统）是指集微型传感器、 执行器以及信号处理和控制电路、接口电 路、通信和电源于一体的微型机电系统。
典型的MEMS压力传感器
典型的MEMS压力传感器管芯（die）结构和电原理如 图7所示，左是电原理图，即由电阻应变片组成的惠斯顿 电桥，右是管芯内部结构图。典型的MEMS压力传感器管 芯可以用来生产各种压力传感器产品，如图8所示。 MEMS压力传感器管芯可以与仪表放大器和ADC管芯封装 在一个封装内（MCM），使产品设计师很容易使用这个 高度集成的产品设计最终产品。
MEMS压力传感器
MEMS压力传感器广泛应用于汽车电子：如 TPMS（轮胎压力监测系统）、发动机机油压力传 感器、汽车刹车系统空气压力传感器、汽车发动 机进气歧管压力传感器（TMAP）、柴油机共轨 压力传感器;消费电子，如胎压计、血压计、橱用 秤、健康秤，洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、 烤箱、吸尘器用压力传感器、洗衣机、饮水机、 洗碗机、太阳能热水器用液位控制压力传感器;工 业电子，如数字压力表、数字流量表、工业配料 称重等。
1)影像传感器 简单说就是相机镜头，由于只牵涉到微光学与微电子，没有机械 成份在里头，即便加入马达、机械驱动的镜头，这类的机械零件 也过大，不到「微」的地步，所以此属于光电半导体，属于光 学、 光电传感器。 2)亮度传感器
外界并不清楚iPhone4用何种方式感应环境光亮度，而最简单的实现方式 是用一个光敏电阻，或者，iPhone4直接用影像传感器充当亮度侦测，也 是可行。无论如此，此亦不带机械成份，属于光电类传感器，甚至可能 不是微型的，只是一般光学、光电传感器。
第10章 加速度G传感器.ppt
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10.1 加速度传感器工作原理概述
辅助传感器为笛簧开关型，玻璃管内充入了惰性气体，触点 采用了镀金与镀锗工艺。 当传感器受到前方的强烈冲击，动作时，在惯性力作用下， 永久磁铁滑动、笛簧开关闭合(ON)。
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10.1 加速度传感器工作原理概述
10. 1. 6“陆地巡洋舰”牌车ABS用加速度 传感器
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10.1 加速度传感器工作原理概述
10. 1. 2“塞普达”车安全气囊用传感器
“塞普达”车与“滑翔机牌”采用同样的安全气囊，但所用 传感器不同，“塞普达”车用前安全气囊传感器的结构称为 滚轴式传感器，它是由滚柱、片簧及挡销等构成的，其中滚 柱和旋转触头制为一个合件，片簧和固定触点制为一个合件. 在传感器不起作用时，在片簧预加载荷的作用下，滚柱靠在 挡销上，固定触头与旋转触头处于断开状态。当加有冲击时， 在惯性力的作用下，滚柱转动，与滚柱成为合件的旋转触头 移动，当其与固定触头接触时，对外输出ON信号。
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10.1 加速度传感器工作原理概述
10. 1. 5“西维克”牌车安全气囊用传感器
西维克牌车安全气囊用传感器分主传感器和辅助传感器两种， 前者为气体阻尼型，后者为笛簧开关型，这两种传感器均内 装于转向器轿车辅助保护系统(SRS)中。 主传感器的本体内装于封有惰性气体的金属壳中，且采用了 耐久性非常好的镀金触头。主传感器的工作原理:当前方受到 强烈冲击时，在克服了弹簧弹力与阻尼力后，在惯性力的作 用下，重块即动触头滑动，与触头接触，传感器有ON信号 输出。
普通简称为4WD车的就是四轮驱动车，有时4个车轮大致是 同相位减速的，特别是在低μ道路上，这种趋向更加显著， 因而这种ABS控制是不可靠的，所以采用了G传感器，视道 路状态是高μ或是低μ，改变运算方法，这才是可靠的ABA 系统.
10.1 加速度传感器工作原理概述
辅助传感器为笛簧开关型，玻璃管内充入了惰性气体，触点 采用了镀金与镀锗工艺。 当传感器受到前方的强烈冲击，动作时，在惯性力作用下， 永久磁铁滑动、笛簧开关闭合(ON)。
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10.1 加速度传感器工作原理概述
10. 1. 6“陆地巡洋舰”牌车ABS用加速度 传感器
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10.1 加速度传感器工作原理概述
10. 1. 2“塞普达”车安全气囊用传感器
“塞普达”车与“滑翔机牌”采用同样的安全气囊，但所用 传感器不同，“塞普达”车用前安全气囊传感器的结构称为 滚轴式传感器，它是由滚柱、片簧及挡销等构成的，其中滚 柱和旋转触头制为一个合件，片簧和固定触点制为一个合件. 在传感器不起作用时，在片簧预加载荷的作用下，滚柱靠在 挡销上，固定触头与旋转触头处于断开状态。当加有冲击时， 在惯性力的作用下，滚柱转动，与滚柱成为合件的旋转触头 移动，当其与固定触头接触时，对外输出ON信号。
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10.1 加速度传感器工作原理概述
10. 1. 5“西维克”牌车安全气囊用传感器
西维克牌车安全气囊用传感器分主传感器和辅助传感器两种， 前者为气体阻尼型，后者为笛簧开关型，这两种传感器均内 装于转向器轿车辅助保护系统(SRS)中。 主传感器的本体内装于封有惰性气体的金属壳中，且采用了 耐久性非常好的镀金触头。主传感器的工作原理:当前方受到 强烈冲击时，在克服了弹簧弹力与阻尼力后，在惯性力的作 用下，重块即动触头滑动，与触头接触，传感器有ON信号 输出。
普通简称为4WD车的就是四轮驱动车，有时4个车轮大致是 同相位减速的，特别是在低μ道路上，这种趋向更加显著， 因而这种ABS控制是不可靠的，所以采用了G传感器，视道 路状态是高μ或是低μ，改变运算方法，这才是可靠的ABA 系统.
MEMS陀螺仪与加速度传感器
点击这里观看挥挥鼠M3鼠标演示视频
三、稳定平台的应用 1、相机、摄像机的光学防抖
光学防抖通过镜头组 实现防抖。依靠磁力包裹 悬浮镜头，从而有效克服 因相机振动产生的图像模 糊，这对于大变焦镜头的 数码相机所能起到的效果 更加明显。通常，镜头内 的陀螺仪侦测到微小的移 动，并且会将信号传至微 处理器，微处理器立即计 算需要补偿的位移量，然 后通过补偿镜片组，根据 镜头的抖动方向及位移量 加以补偿，从而有效的克 服因相机的振动产生的影 像模糊
r 2 2 2 0 0 2
阻尼器
0
Q
2
MEMS加速度传感器基本原理
• 传递函数幅值
由图可见，为提高灵敏度， 需要降低固有频率。 降低固有频率有两个方案： 降低刚度或增大质量。
• 在单位阶跃加速度
• 作用下的响应为
其中 由图可见，对于开环 加速度传感器，为提 高响应速度，传感器 应该具有较大的阻尼 比（即小品质因子）。
六、精确导航的应用
集成电子罗盘MEMS传感器可 以使GPS导航更精确，Sensor Platforms公司和其它供应商都在 开发集成有MEMS航位推算功能的系 统，这样你的导航系统就可以跟随 你进入建筑物内（甚至是地铁）而 不迷路。其它的开发者在开发把 GPS、相机、MEMS传感器集成在一 个平台，这样导航系统不但知道使 用者身处何处，还知道使用者看到 些什么，这样屏幕上的数据交互以 确定你寻找的建筑物
五、点线接触机器的应用
1、交通工具
因为陀螺仪的方向敏感能力 极高，利用陀螺仪控制轮子，从而 保持平衡 ，具有运动灵活、智能 控制、操作简单、节省能源、绿色 环保、转弯半径为0等优点
五、点线接触机器的应用 2、机器人
利用陀螺仪就很好的解决机 器人的平衡性问题，使机器人不再 那么容易摔倒，日后是机器人发展 的主流
MEMS课件第二章new2
v l t
其中：
l——加热元件与热敏元件间的距离 t——热的传播时间
热式微型流量传感器例
利用体硅腐蚀工艺制作制作了V形槽 热隔离结构，利用氮化硅进行热绝缘。
热式微型流量传感器的特点
优点：尺寸小，响应快 ，灵敏度高。 缺点： 功耗较大，特别是用于液体时。 热飞行时间式与热线式相比，测量精度 更高、线性度更好、功耗更小，还可只 用一个检测元件。
机械式微型流量传感器
工作原理：流体流动时产生的粘滞力 或流道进出口之间的压力差，带动机 械结构运动或变形，通过压阻效应或 电容变化等，感知流体的流动速度。
其主要结构：一个可动膜或阀片，加 上其上的压敏电阻或电容测量感应件。
基于粘滞力的机械式微型流量传感器
基于粘滞力流量传感器的基本公式
平行于流动方向的粘滞力FD：
微型振动陀螺例（1）
美国Draper实验室研制的音叉式线振动 陀螺。体硅工艺制作。平板电容检测。
微型振动陀螺例（2）
清华研制的振动陀螺 利用体硅、键合工艺，平板
电容检测。
微型振动陀螺例（3）
加州大学伯克利分校研制的Z轴角速度陀螺 仪。利用表面工艺制作。叉指电容检测。
微型振动陀螺例（4）
美国HRL研制的隧道效应角速度陀螺。利 用表面工艺制作。
热电偶原理的微温度传感器的 一个严重的缺点是：输出信号 的大小会随着线和节点的尺寸 的减小而降低。所以，单独的 热电偶并不是理想的微温度传 感器。
微热电堆是小型化热传感的更 理想的解决方案。热电堆同样 有冷接点和热接点，但它们是 用热电偶平行排列并且串联电 压输出。这种排列如图2.14中。 热电堆导线的材料和热电偶是 一样的—铜/铜镍合金(T型)，铬 合金/氧化铝(K型)等
振动陀螺的基本公式
其中：
l——加热元件与热敏元件间的距离 t——热的传播时间
热式微型流量传感器例
利用体硅腐蚀工艺制作制作了V形槽 热隔离结构，利用氮化硅进行热绝缘。
热式微型流量传感器的特点
优点：尺寸小，响应快 ，灵敏度高。 缺点： 功耗较大，特别是用于液体时。 热飞行时间式与热线式相比，测量精度 更高、线性度更好、功耗更小，还可只 用一个检测元件。
机械式微型流量传感器
工作原理：流体流动时产生的粘滞力 或流道进出口之间的压力差，带动机 械结构运动或变形，通过压阻效应或 电容变化等，感知流体的流动速度。
其主要结构：一个可动膜或阀片，加 上其上的压敏电阻或电容测量感应件。
基于粘滞力的机械式微型流量传感器
基于粘滞力流量传感器的基本公式
平行于流动方向的粘滞力FD：
微型振动陀螺例（1）
美国Draper实验室研制的音叉式线振动 陀螺。体硅工艺制作。平板电容检测。
微型振动陀螺例（2）
清华研制的振动陀螺 利用体硅、键合工艺，平板
电容检测。
微型振动陀螺例（3）
加州大学伯克利分校研制的Z轴角速度陀螺 仪。利用表面工艺制作。叉指电容检测。
微型振动陀螺例（4）
美国HRL研制的隧道效应角速度陀螺。利 用表面工艺制作。
热电偶原理的微温度传感器的 一个严重的缺点是：输出信号 的大小会随着线和节点的尺寸 的减小而降低。所以，单独的 热电偶并不是理想的微温度传 感器。
微热电堆是小型化热传感的更 理想的解决方案。热电堆同样 有冷接点和热接点，但它们是 用热电偶平行排列并且串联电 压输出。这种排列如图2.14中。 热电堆导线的材料和热电偶是 一样的—铜/铜镍合金(T型)，铬 合金/氧化铝(K型)等
振动陀螺的基本公式
MEMS加速度传感器PPT课件
G. rLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
工艺流程
（d）在两面涂上光刻胶作为 湿法刻蚀的梁结构 （e）去除光刻胶以后两面重 新被氧化生成SiO2，随后再 EVG-100覆盖 （f）利用剩下的光刻胶进行刻 蚀然后移除光刻胶
G. rLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
工艺流程
（g）等刻蚀完成，对 称梁结构形成
MLOEGMOS
传感器技术
加速度传感器
.
目录
1
简述加速度传感器
2
电阻式加速度传感器
3
电容式加速度传感器
4
其他类型加速度传感器
G. rLoOuGpO3
篇前语
❖ MEMS是什么？加速度传感器与MEMS什么关 系？
▪ 微机电系统（MEMS, Micro-ElectroMechanical System），也叫做微电子机械系统
目前广泛应用制备光学加速度计的
光波导式 迈克尔逊、马赫—曾德等干涉仪的
核心部件都包含3 dB耦合器。
微谐振式
谐振式加速度传感器是一种典型的 微机械惯性器件，基本工作原理是 利用振梁的力频特性，通过检测谐 振频率变化量获取输入的加速度。
热对流式
微型热对流加速度计是利用封闭空 气囊内的自由热对流对加速度敏感 性。两个温度传感器对称地在有气 体的腔体两侧，中间有一个热源。
•加速度传感器中的分类
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、伺服式等。
G. rLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
压阻式压阻式器件是最早微型化和商业化的一类加速度传感器。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、低功耗等特点，易于集 成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监 测等领域。
压阻式加速度传感器
工艺流程
（d）在两面涂上光刻胶作为 湿法刻蚀的梁结构 （e）去除光刻胶以后两面重 新被氧化生成SiO2，随后再 EVG-100覆盖 （f）利用剩下的光刻胶进行刻 蚀然后移除光刻胶
G. rLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
工艺流程
（g）等刻蚀完成，对 称梁结构形成
MLOEGMOS
传感器技术
加速度传感器
.
目录
1
简述加速度传感器
2
电阻式加速度传感器
3
电容式加速度传感器
4
其他类型加速度传感器
G. rLoOuGpO3
篇前语
❖ MEMS是什么？加速度传感器与MEMS什么关 系？
▪ 微机电系统（MEMS, Micro-ElectroMechanical System），也叫做微电子机械系统
目前广泛应用制备光学加速度计的
光波导式 迈克尔逊、马赫—曾德等干涉仪的
核心部件都包含3 dB耦合器。
微谐振式
谐振式加速度传感器是一种典型的 微机械惯性器件，基本工作原理是 利用振梁的力频特性，通过检测谐 振频率变化量获取输入的加速度。
热对流式
微型热对流加速度计是利用封闭空 气囊内的自由热对流对加速度敏感 性。两个温度传感器对称地在有气 体的腔体两侧，中间有一个热源。
•加速度传感器中的分类
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、伺服式等。
G. rLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
压阻式压阻式器件是最早微型化和商业化的一类加速度传感器。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、低功耗等特点，易于集 成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监 测等领域。
第十五章MEMS传感器讲述课件
感谢您的观看
THANKS
应用范围
体微加工技术适用于制造 一些特殊类型的MEMS传 感器，如流体传感器、生 物传感器等。
键合与封装技术
定义
键合与封装技术是将MEMS传感 器与外部电路和保护壳体进行连
接和封装的过程。
工艺流程
键合与封装技术包括芯片粘接、引 线键合、密封填充等步骤，以确保 MEMS传感器能够在实际应用中稳 定工作。
。
集成化
MEMS传感器通常与其 他电子器件集成在一起 ，形成一个完整的系统
。
高精度
MEMS传感器的精度非 常高，能够实现高精度
的测量。
低功耗
MEMS传感器的功耗非 常低，能够延长设备的
续航时间。
材料选择
单晶硅
单晶硅是MEMS传感器的主要材料之一，具 有高强度、高刚度和良好的热稳定性。
多晶硅
多晶硅材料具有较好的塑性和韧性，适合用 于制造柔性MEMS传感器。
未来发展趋势
01
新材料应用
随着新材料的发展，MEMS传 感器的性能将得到进一步提升 。
02
智能化
未来MEMS传感器将更加智能 化，能够自适应调整参数以提 高性能。
03
网络化
随着物联网技术的发展， MEMS传感器将更加网络化， 实现远程监控和管理。
04
个性化与定制化
随着需求的多样化，MEMS传 感器的设计和应用将更加个性 化与定制化。
分辨率与精度
分辨率
分辨率是指传感器能够检测到的 最小输入信号变化量。分辨率越 高，传感器能够检测到的信号变 化越细微。
精度
精度是指传感器测量结果的准确 性。高精度的传感器能够提供更 接近真实值的测量结果。
第5章-硅电容式微传感器PPT课件可编辑全文
.
34
5.4 检测与质量保证
电容式加速度传感器的可动极板与固定 极板组成的空气间隙一般在微米数量级 上，这样传感器的动态特性就由机械系 统-声系统的相互作用效应来决定，其中 主要是可动系统中的空气阻尼的作用。
.
35
5.4.1 加速度计的静态校准
地球重力场法 负载法 离心机法
.
36
图5-20 XJ2-1线加速度模拟台
.
38
提高硅压力传感器可靠性的措施 通常有：
①在一定的功能下，其设计方案 愈减愈好，器件数量愈少愈好；
②对器件实行减额使用，减轻其 负荷量等。
.
39
其结构主要有梁-质量块结构以及叉 指电容式结构。
.
3
⒈梁-质量块式结构
图5-1 加速度传感器工作原理图
.
4
⒉叉指式结构
图5-2 微电容加速度计的结构示意图
.
5
图5-3 叉指式差分电容式加速度传感器的工作原理
.
6
常见微梁
.
7
图5-4 单梁叉指结构图
.
8
图5-5 双梁叉指结构图
.
9
图5-6 四梁叉指结构图
5.2.1 硅微加速度传感器设计
①柔韧性设计原则 ②强度设计原则 ③同向性原则 ④灵敏性设计原则 ⑤弹性线性设计原则
.
22
⒈梁-质量结构设计
图5-13 梁-质量块结构
.
23
.
24
5.2.2 硅集成压力传感器设计
图5-14 硅电容敏感器件结构图
.
25
圆膜挠度计算
.
26
5.2.3 等效电学模型
⑴感湿介质 常用的湿度传感器感湿介质主要有：多
【精品】第12讲-MEMS传感器PPT课件
➢谐振器型无源无线声表面波传感器：其敏感器件与普通 的谐振器型声表面波器件类似，也是通过提取回波信号中 的谐振频率实现无线检测。谐振频率的检测可采用模拟及 数字两种方法。模拟的方法可采用门控锁相技术进行鉴频； 数字的方法则可利用快速傅里叶变换，直接从回波信号中 提取谐振频率。
应用于温度检测时，这种无源无线声表面波传感
➢易于批量生产，成本低
微传感器的敏感元件一般是利用硅微加工工艺制 造的，这种工艺的一个显著特点就是适合于批量生产。 大批量生产使得微传感器单件的生产成本大大降低。
➢便于集成化和多功能化。
微传感器能感知与转换两种以上不同的物理或化 学参量；
例如，在同一硅片上制作应变计和温度敏感元件， 制成同时测量压力和温度的多功能微传感器，将处理电 路也制作在同一硅片上，还可以实现温度补偿。
➢光刻电铸注塑技术（LIGA）
一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术。 主要包括X光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模 复制三个工艺步骤。
11.3 几种典型微传感器的原理和应用
1、电热堆
组成热电堆的两种金属材料分别为铂(厚1m)及
锌锑合金(厚1m)。热端置于帕利灵(parylene)薄膜
(厚约25.4m)上。帕利灵薄膜作为热绝缘层，将热端
智能传感器是测量技术、半导体技术、计算 技术、信息处理技术、微电子学和材料科学互相 结合的综合密集技术。
与一般传感器相比，智能传感器具有自补 偿能力、自校准功能、自诊断功能、寻址处理能 力、双向通信功能、信息存储、记忆和数字量输 出功能。
MEMS技术在传感器方面的应用，大大提高 了传感器的智能化水平。利用MEMS技术可以将信 号调节电路、信号处理电路(甚至包含微处理器)、 接口电路等与传感器封装成一体，组成微传感器 系统。
应用于温度检测时，这种无源无线声表面波传感
➢易于批量生产，成本低
微传感器的敏感元件一般是利用硅微加工工艺制 造的，这种工艺的一个显著特点就是适合于批量生产。 大批量生产使得微传感器单件的生产成本大大降低。
➢便于集成化和多功能化。
微传感器能感知与转换两种以上不同的物理或化 学参量；
例如，在同一硅片上制作应变计和温度敏感元件， 制成同时测量压力和温度的多功能微传感器，将处理电 路也制作在同一硅片上，还可以实现温度补偿。
➢光刻电铸注塑技术（LIGA）
一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术。 主要包括X光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模 复制三个工艺步骤。
11.3 几种典型微传感器的原理和应用
1、电热堆
组成热电堆的两种金属材料分别为铂(厚1m)及
锌锑合金(厚1m)。热端置于帕利灵(parylene)薄膜
(厚约25.4m)上。帕利灵薄膜作为热绝缘层，将热端
智能传感器是测量技术、半导体技术、计算 技术、信息处理技术、微电子学和材料科学互相 结合的综合密集技术。
与一般传感器相比，智能传感器具有自补 偿能力、自校准功能、自诊断功能、寻址处理能 力、双向通信功能、信息存储、记忆和数字量输 出功能。
MEMS技术在传感器方面的应用，大大提高 了传感器的智能化水平。利用MEMS技术可以将信 号调节电路、信号处理电路(甚至包含微处理器)、 接口电路等与传感器封装成一体，组成微传感器 系统。
传感器与检测技术第四章-速度加速度传感器PPT课件
第四章 速度、加速度传感器
第二节 加速度传感器
➢ 加速度是表征物体在空间运动本质的一个基本物理量。 通过测量加速度获取物体的运动状态。例如，惯性导航系统 就是通过飞行器的加速度来测量它的加速度、速度(地速)、 位置、已飞过的距离以及相对于预定到达点的方向等。
➢ 可以通过测量加速度来判断运动机械系统所承受的加速度负 荷的大小，以便正确设计其机械强度和按照设计指标正确控 制其运动加速度，以免机件损坏。
13
第四章 速度、加速度传感器
一、压电式加速度传感器
1.压电式加速度传感器原理
（2）剪切型
右图为环形剪切型，结 构简单，能做成极小型、 高共振频率的加速度计， 环形质量块粘到装在中 心支柱上的环形压电元 件上。
第二节 加速度传感器
14
第四章 速度、加速度传感器
一、压电式加速度传感器
1.压电式加速度传感器原理
使预紧力发生变化， 易引起温度漂
移。Leabharlann 10第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理
（1）压缩型
第二节 加速度传感器
11
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理
第二节 加速度传感器
（1）压缩型
汽车发动机是利用火花塞跳火将混合气点燃,使火焰在混 合气内不断传播进行燃烧。如果恰当地将点火时间提前一些， 可使气缸中汽油与空气的混合气体得到充分燃烧，使转矩增 大，排污减少，但如果点火时间过早或油品质不好,火焰在传 播途中当压力异常升高时,一些部位的混合气不等火焰传到, 就自己着火燃烧,造成瞬时爆发燃烧,由此引起的气体冲击波 冲击汽缸壁产生金属敲击声种，这现象称为爆震。
y1m
第二节 加速度传感器
➢ 加速度是表征物体在空间运动本质的一个基本物理量。 通过测量加速度获取物体的运动状态。例如，惯性导航系统 就是通过飞行器的加速度来测量它的加速度、速度(地速)、 位置、已飞过的距离以及相对于预定到达点的方向等。
➢ 可以通过测量加速度来判断运动机械系统所承受的加速度负 荷的大小，以便正确设计其机械强度和按照设计指标正确控 制其运动加速度，以免机件损坏。
13
第四章 速度、加速度传感器
一、压电式加速度传感器
1.压电式加速度传感器原理
（2）剪切型
右图为环形剪切型，结 构简单，能做成极小型、 高共振频率的加速度计， 环形质量块粘到装在中 心支柱上的环形压电元 件上。
第二节 加速度传感器
14
第四章 速度、加速度传感器
一、压电式加速度传感器
1.压电式加速度传感器原理
使预紧力发生变化， 易引起温度漂
移。Leabharlann 10第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理
（1）压缩型
第二节 加速度传感器
11
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理
第二节 加速度传感器
（1）压缩型
汽车发动机是利用火花塞跳火将混合气点燃,使火焰在混 合气内不断传播进行燃烧。如果恰当地将点火时间提前一些， 可使气缸中汽油与空气的混合气体得到充分燃烧，使转矩增 大，排污减少，但如果点火时间过早或油品质不好,火焰在传 播途中当压力异常升高时,一些部位的混合气不等火焰传到, 就自己着火燃烧,造成瞬时爆发燃烧,由此引起的气体冲击波 冲击汽缸壁产生金属敲击声种，这现象称为爆震。
y1m
MEMS倾角传感器PPT课件
微小变化转换为与其成正比的电压的变化。
电容式加速度微传感器
电容式加速度传感器具有温度效应小，功率损
耗低，灵敏度相对较高（可达），结
构比较简单，加工工艺不复杂等突出优点，同
时，动态特性好，抗过载能力强。但外界加速
度仅能引起微小的电容变化（通常在10-15量级
甚至更低），测试方法复杂。
电容式加速度微传感器工作原理
足机械特定需求的数字式角度测量装置。
END
Thanks!
的过程中，依次经过下部和上部的热线。若忽略气体上升过程
中克服重力的能量损失，则穿过上部热线的气流已经与下部热
线的产生热交换，使穿过两根热线时的气流速度不同，这时
V2′＞V2，因此流过两根热线的电流也会发生相应的变化，所
以电桥失去平衡，输出一个电信号。
固、液、气体摆性能比较
在重力场中，固体摆的敏感质量是摆锤质量，液体摆的敏感质
体积小、功耗低、响应速度快和高可靠的传
感元件, 已经广泛应用于工程机械领域。
倾角传感器分类及其原理
根据原理分类
“固体摆”式倾角传
感器
倾角传感器
“液体摆”式倾角传感
器
“气体摆”式倾角传感
器
“固体摆”式倾角传感器
固体摆在设计中广泛采用
力平衡式伺服系统，如图
所示，其由摆锤、摆线、
支架组成， 摆锤受重力G
目录
➢
➢➢➢➢来自倾角传感器简介倾角传感器分类及其原理
电容式加速度微传感器
倾角传感器测量原理
总结
倾角传感器简介
在建筑施工或道路铺修中, 经常要对工程机
械或机架装置进行调平校准, 并且要对施工
质量进行检测, 这时遇到最多的问题就是水
电容式加速度微传感器
电容式加速度传感器具有温度效应小，功率损
耗低，灵敏度相对较高（可达），结
构比较简单，加工工艺不复杂等突出优点，同
时，动态特性好，抗过载能力强。但外界加速
度仅能引起微小的电容变化（通常在10-15量级
甚至更低），测试方法复杂。
电容式加速度微传感器工作原理
足机械特定需求的数字式角度测量装置。
END
Thanks!
的过程中，依次经过下部和上部的热线。若忽略气体上升过程
中克服重力的能量损失，则穿过上部热线的气流已经与下部热
线的产生热交换，使穿过两根热线时的气流速度不同，这时
V2′＞V2，因此流过两根热线的电流也会发生相应的变化，所
以电桥失去平衡，输出一个电信号。
固、液、气体摆性能比较
在重力场中，固体摆的敏感质量是摆锤质量，液体摆的敏感质
体积小、功耗低、响应速度快和高可靠的传
感元件, 已经广泛应用于工程机械领域。
倾角传感器分类及其原理
根据原理分类
“固体摆”式倾角传
感器
倾角传感器
“液体摆”式倾角传感
器
“气体摆”式倾角传感
器
“固体摆”式倾角传感器
固体摆在设计中广泛采用
力平衡式伺服系统，如图
所示，其由摆锤、摆线、
支架组成， 摆锤受重力G
目录
➢
➢➢➢➢来自倾角传感器简介倾角传感器分类及其原理
电容式加速度微传感器
倾角传感器测量原理
总结
倾角传感器简介
在建筑施工或道路铺修中, 经常要对工程机
械或机架装置进行调平校准, 并且要对施工
质量进行检测, 这时遇到最多的问题就是水
MEMS课件 第二章微传感器1(清华)
• 可变电容器有变极距型、变面积型和变 介电常数型三种基本方式。微型压力传 感器一般采用变极距型。
电容式微型压力传感器基本结构
电极 硅
玻璃
微硅薄膜在压力作用下产生变形，使硅膜电极向固定电 极移动，两电极间的电容产生变化。
电容式传感器基本公式
两电极间的初始电容为：
C0
S
d
受压时的电容变化与电极的位移有以下关系：
• 压阻式微型压力传感器利用半导体材料的压阻 效应，即材料受到应力作用时，其电阻或电阻 率会发生变化。
压阻式微型压力传感器基本结构
压敏电阻 硅
玻璃
压阻式传感器基本公式
R R LL(12) / LL
其中： R——电阻值 R——电阻值的变化 L——电阻长度 L——电阻长度的变化 ρ——电阻率 ρ——电阻率的变化 ν——泊松比
压敏电阻
RRll tt
硅
玻璃
其中：
πl , πt——沿电阻纵向和横向的压阻系数 σl , σt——沿电阻纵向和横向的应力
压敏电阻的分布形式
在硅膜的一定晶向、位置上扩散上传感器。
压阻式微型压力传感器的例子（1）
IC Sensor公司的压阻式压力传感器
压阻元件
加速度方向
质量块
压阻式加速度计基本公式
R
R
lL(x)
(x)6mab(hl2x)
其中： R ——总电阻值的变化 πl——沿某晶向L的压阻系数 σ——在x点沿该晶向L的应力 m——质量块的质量 a——加速度 l, b, h——梁的长、宽、厚
压阻式微型加速度计例
美国IC Sensor公司生产的压阻式加速度计
机 • 其它：高度计、真空计等
2. 微型惯性传感器
电容式微型压力传感器基本结构
电极 硅
玻璃
微硅薄膜在压力作用下产生变形，使硅膜电极向固定电 极移动，两电极间的电容产生变化。
电容式传感器基本公式
两电极间的初始电容为：
C0
S
d
受压时的电容变化与电极的位移有以下关系：
• 压阻式微型压力传感器利用半导体材料的压阻 效应，即材料受到应力作用时，其电阻或电阻 率会发生变化。
压阻式微型压力传感器基本结构
压敏电阻 硅
玻璃
压阻式传感器基本公式
R R LL(12) / LL
其中： R——电阻值 R——电阻值的变化 L——电阻长度 L——电阻长度的变化 ρ——电阻率 ρ——电阻率的变化 ν——泊松比
压敏电阻
RRll tt
硅
玻璃
其中：
πl , πt——沿电阻纵向和横向的压阻系数 σl , σt——沿电阻纵向和横向的应力
压敏电阻的分布形式
在硅膜的一定晶向、位置上扩散上传感器。
压阻式微型压力传感器的例子（1）
IC Sensor公司的压阻式压力传感器
压阻元件
加速度方向
质量块
压阻式加速度计基本公式
R
R
lL(x)
(x)6mab(hl2x)
其中： R ——总电阻值的变化 πl——沿某晶向L的压阻系数 σ——在x点沿该晶向L的应力 m——质量块的质量 a——加速度 l, b, h——梁的长、宽、厚
压阻式微型加速度计例
美国IC Sensor公司生产的压阻式加速度计
机 • 其它：高度计、真空计等
2. 微型惯性传感器
MEMS传感器技术 ppt课件
几种常见的MEMS传感器
微机械位移控制器
微机械位移控制器的主要应用是计算机 硬盘的磁头定位系统, 硬盘的磁道密度很 快将达到0. 25μm/ 道,此时对应的移动定 位精度是0. 025μm ,这时解决磁头移动控 制的办法是在现有位置控制系统上附加 一个微机械次级控制系统。
MEMS的基本介绍
MEMS(微机电系统)，同时也是一门技术， 是在一个硅基板上，微米范围内集成了 微型传感器、执行器以及信号处理和控 制电路、接口电路、通信和电源于一体 的微型机电系统的高新技术。
MEMS的基本介绍
MEMS又是一种产业，采用ME空微电子器件、电 力电子器件等在航空、航天、汽车、农 业、生物医学、环境监控、军事以及几 乎人们所接触到的所有领域中都有着十 分广阔的应用前景。
MEMS的基本分类
MEMS一般可以以其核心元件分为两类： 传感型MEMS、致动型MEMS。
传感型MEMS
能量供给
输入信号
微传感元件
传输单元
输出信号
致动型MEMS
能量供给
输出动作
微致动元件
传输单元
几种常见的MEMS传感器
微压力传感器
微机械压力传感器是最早开始研制的微机械产 品,也是微机械技术中最成熟、最早开始产业化 的产品。从信号检测方式来看, 微压力传感器 可分为压阻式和电容式两类, 分别以体微机械 加工技术和牺牲层技术为主制造;从敏感膜结构 来看,微压力传感器可分为圆形、方形、矩形、 E 形等多种结构。
MEMS的加工方法
微机械加工方法LIGA 微机械加工方法LIGA以德国为代表,LIGA~IY法 是指采用同步x射线深层光刻、注塑复制和微 电铸制模等主要工艺步骤组成的一种综合性微 机械加工技术。LIGA技术首先采用同步X射线 光刻技术光刻出所要生产的图形，然后采用电 铸的方法加工出与光刻图形相反的金属模具撮 后采用微塑注来制备微机械结构。
低热机械噪声MEMS 加速度计设计ppt课件
口处的埋氧层; • 4) 将具有膜结构的SOI片与未做图形的玻璃片进行阳极键合; • 5) SOI-glass键合片金属溅射，制作Au电极; • 6) PECVD生长5 × 102 nm氧化层、光刻、RIE刻蚀氧化层、制作待释放的
梁及梳齿图形的掩模;
.
制作流程主要步骤
• 7) ICP释放梁、质量块与梳齿结构。 • 8) 双抛硅片双面热氧化、光刻、腐蚀保护腔体和电极通孔; • 9) SOI-glass键合片与硅盖板进行BCB键合; • 10) ICP深刻蚀释放电极通孔; • 11) 划片。
.
噪声产生原理
• MEMS加速度计的热机械噪声主要来源于空气对加速度 计的阻尼作用产生的随机噪声。本设计的加速度计采用 对称变面积梳齿电容检测方式，其工作过程中产生的阻 尼为滑膜阻尼，避免了压膜阻尼导致的噪声，大幅度降 低了低热机械噪声。
.
器件设计
• 传感器的结构主要 由质量块、对称双 端固支梁、可动垂 直梳齿、固定垂直 梳齿四部分组成。
• 采用对称分布的双
端固支梁连接质量
块与固定支撑边缘，
这样不仅可以保证
器件结构对称，避
.
传感器的制作工艺与实现
• 制作的变面积梳齿式加 速度传感器由三层材料 组成，由上至下分别为 双抛硅片、SOI 片和 Pyrex 7740 玻璃片，按 其功能又称为盖板层、 器件层和衬底层。
.
制作流程主要步骤
• 1) SOI双面热氧化、光刻、腐蚀阻尼腔; • 2) 去除氧化层，光刻，ICP深刻蚀去除可动结构下对应部分的SOI衬底硅: • 3) 超声清洗，去除ICP刻蚀产生的侧壁残渣后，BOE腐蚀可动结构对应的窗
低热噪声MEMS加速度计设计
主讲人：吕易俗速度计的最小可分辨率是其应用的关键技术要求，为此需要发 展低噪声、高灵敏度的MEMS 加速度传感器。
梁及梳齿图形的掩模;
.
制作流程主要步骤
• 7) ICP释放梁、质量块与梳齿结构。 • 8) 双抛硅片双面热氧化、光刻、腐蚀保护腔体和电极通孔; • 9) SOI-glass键合片与硅盖板进行BCB键合; • 10) ICP深刻蚀释放电极通孔; • 11) 划片。
.
噪声产生原理
• MEMS加速度计的热机械噪声主要来源于空气对加速度 计的阻尼作用产生的随机噪声。本设计的加速度计采用 对称变面积梳齿电容检测方式，其工作过程中产生的阻 尼为滑膜阻尼，避免了压膜阻尼导致的噪声，大幅度降 低了低热机械噪声。
.
器件设计
• 传感器的结构主要 由质量块、对称双 端固支梁、可动垂 直梳齿、固定垂直 梳齿四部分组成。
• 采用对称分布的双
端固支梁连接质量
块与固定支撑边缘，
这样不仅可以保证
器件结构对称，避
.
传感器的制作工艺与实现
• 制作的变面积梳齿式加 速度传感器由三层材料 组成，由上至下分别为 双抛硅片、SOI 片和 Pyrex 7740 玻璃片，按 其功能又称为盖板层、 器件层和衬底层。
.
制作流程主要步骤
• 1) SOI双面热氧化、光刻、腐蚀阻尼腔; • 2) 去除氧化层，光刻，ICP深刻蚀去除可动结构下对应部分的SOI衬底硅: • 3) 超声清洗，去除ICP刻蚀产生的侧壁残渣后，BOE腐蚀可动结构对应的窗
低热噪声MEMS加速度计设计
主讲人：吕易俗速度计的最小可分辨率是其应用的关键技术要求，为此需要发 展低噪声、高灵敏度的MEMS 加速度传感器。
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压阻式加速度传感器
工艺流程
电容式MEMS加速度计的工艺一般采用的有：表面工艺、体硅工艺、LIGA工艺及 SOI+DRIE工艺等。下面介绍一下工艺流程：
▪ 微机电系统是集微传感器、微执行器、微机械 结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、 高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的 微型器件或系统。
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概述
•加速度传感器 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是 当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也 就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。加 速度计有两种：一种是角加速度计，是由陀螺仪（角速度传 感器）的改进的。另一种就是线加速度计。
电容式加速度传感器
电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器，其中一个电极 是固定的，另一变化电极是弹性膜片。弹性膜片在外力(气压、液压等)作用下发 生位移，使电容量发生变化。这种传感器可以测量气流(或液流)的振动速度(或加 速度)，还可以进一步测出压力。
GrLoOuGpO3
电容式加速度传感器
GrLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
工艺流程
硅微机械加工技术是在传统的集成电路平面工艺的基础上发展起来的，是常规集 成电路工艺和硅微机械加工的独特技术的结合。这些独特的加工技术与常规集成 电路工艺相结合，才能制作出微电子机械系统。微机械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技术三类。
GrLoOuGpO3
SUCCESS
THANK YOU
2019/12/31
可编辑
LOGO 15
压阻式加速度传感器
数学模型
电容式加速度传感器可简化为如图所示的模型，相当于两个电容串联，建 立方程得到电容变化与加速度之间的关系为 质量块由于加速度造成的微小位移可转化为差动电容的变化，并且两电容 的差值与位移量成正比。从而可以测得加速度。
GrLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
工艺流程
(a)
在硅片两侧积淀氮化硅。
(b)
在硅片的前侧积淀第一层多晶硅牺牲层，然后制作第一层。
(c)
在硅片的前侧积淀第二层氮化硅，并在硅片后侧积淀第一层氮化硅。
(d)
制作前侧和后侧。
(e)
积淀并制作金属层（镍）。
(f)
各向异性腐蚀来得到沟槽。
GrLoOuGpO3
•加速度传感器中的分类
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、伺服式等。
GrLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
压阻式压阻式器件是最早微型化和商业化的一类加速度传感器。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、低功耗等特点，易于集 成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监 测等领域。
GrLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
Байду номын сангаас工艺构造
当前大多数的电容式加速度传感器都是由三部分硅晶体圆片构成的，中层是由双 层的SOI硅片制成的活动电容极板。如图一所示， 中间的活动电容极板是由八个 弯曲弹性连接梁所支撑，夹在上下层两块固定的电容极板之间。基本结构选择需 要考虑的条件是：量程、刚性约束条件、弹性约束条件、谐振频率约束。对于梁 的选择一般是选择U形折叠梁，即可保证其一定的刚度又可以节省材料。为实现 过载保护常采用止挡块结构来限制敏感质量块运动的最大位移。常用材料是二氧 化硅
GrLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
•作用机理 压阻式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，进而影响压敏电阻的阻值.压阻电阻多位于应力变化最明 显的部位。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。
•特点
信号检测
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。 则电桥输出的表达式变为:
U SC
R R Ue
GrLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
工艺流程
为加工出图示的加速度传感器,主要采用下列加工手段来实现。采用注入、推进、 氧化的创新工艺来制作压敏电阻；采用KHO各向异性深腐蚀来形成质量块；并使 用AES来释放梁和质量块；最后利用键合工艺来得到所需的“三明治”结构。
MLOEGMOS
传感器技术
加速度传感器
目录
1
简述加速度传感器
2
电阻式加速度传感器
3
电容式加速度传感器
4
其他类型加速度传感器
GrLoOuGpO3
篇前语
❖ MEMS是什么？加速度传感器与MEMS什么关 系？
▪ 微机电系统（MEMS, Micro-ElectroMechanical System），也叫做微电子机械系统
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、且工作温度范围宽，同时它的后处理电路简单、体积小、 质量轻。
GrLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
构造原理
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。在目前研究尺度内，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。
GrLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
悬臂梁分析
悬臂梁根部的横向受力：
z
6ml bh2
a
悬臂梁的电阻的相对变化率：
R
/
R
z
z
h h
44
3ml bh2
a
质量块的质量m、 悬臂梁的宽度和厚度b,h、质量块中心至悬臂梁根部的距离l、 加速度a.
GrLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
力学模型
电容式加速度传感器从力学角度可以看成是一个质量—弹簧—阻尼系统。 根据牛顿第二定律可得力学模型为：
其中传感器无阻尼自振角频率、传感器阻尼比分别为：
对其进行零初始条件下的拉普拉斯变换,可得传递函数为：
可见,如果将传感器的壳体固定在载体上,只要能把质量块在敏感轴方向相对 壳体的位移测出来,便可以把它作为加速度的间接度量。
压阻式加速度传感器
工艺流程
电容式MEMS加速度计的工艺一般采用的有：表面工艺、体硅工艺、LIGA工艺及 SOI+DRIE工艺等。下面介绍一下工艺流程：
▪ 微机电系统是集微传感器、微执行器、微机械 结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、 高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的 微型器件或系统。
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概述
•加速度传感器 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是 当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也 就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。加 速度计有两种：一种是角加速度计，是由陀螺仪（角速度传 感器）的改进的。另一种就是线加速度计。
电容式加速度传感器
电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器，其中一个电极 是固定的，另一变化电极是弹性膜片。弹性膜片在外力(气压、液压等)作用下发 生位移，使电容量发生变化。这种传感器可以测量气流(或液流)的振动速度(或加 速度)，还可以进一步测出压力。
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电容式加速度传感器
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压阻式加速度传感器
工艺流程
硅微机械加工技术是在传统的集成电路平面工艺的基础上发展起来的，是常规集 成电路工艺和硅微机械加工的独特技术的结合。这些独特的加工技术与常规集成 电路工艺相结合，才能制作出微电子机械系统。微机械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技术三类。
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数学模型
电容式加速度传感器可简化为如图所示的模型，相当于两个电容串联，建 立方程得到电容变化与加速度之间的关系为 质量块由于加速度造成的微小位移可转化为差动电容的变化，并且两电容 的差值与位移量成正比。从而可以测得加速度。
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压阻式加速度传感器
工艺流程
(a)
在硅片两侧积淀氮化硅。
(b)
在硅片的前侧积淀第一层多晶硅牺牲层，然后制作第一层。
(c)
在硅片的前侧积淀第二层氮化硅，并在硅片后侧积淀第一层氮化硅。
(d)
制作前侧和后侧。
(e)
积淀并制作金属层（镍）。
(f)
各向异性腐蚀来得到沟槽。
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•加速度传感器中的分类
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、伺服式等。
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压阻式加速度传感器
压阻式压阻式器件是最早微型化和商业化的一类加速度传感器。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、低功耗等特点，易于集 成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监 测等领域。
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压阻式加速度传感器
Байду номын сангаас工艺构造
当前大多数的电容式加速度传感器都是由三部分硅晶体圆片构成的，中层是由双 层的SOI硅片制成的活动电容极板。如图一所示， 中间的活动电容极板是由八个 弯曲弹性连接梁所支撑，夹在上下层两块固定的电容极板之间。基本结构选择需 要考虑的条件是：量程、刚性约束条件、弹性约束条件、谐振频率约束。对于梁 的选择一般是选择U形折叠梁，即可保证其一定的刚度又可以节省材料。为实现 过载保护常采用止挡块结构来限制敏感质量块运动的最大位移。常用材料是二氧 化硅
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压阻式加速度传感器
•作用机理 压阻式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，进而影响压敏电阻的阻值.压阻电阻多位于应力变化最明 显的部位。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。
•特点
信号检测
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。 则电桥输出的表达式变为:
U SC
R R Ue
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压阻式加速度传感器
工艺流程
为加工出图示的加速度传感器,主要采用下列加工手段来实现。采用注入、推进、 氧化的创新工艺来制作压敏电阻；采用KHO各向异性深腐蚀来形成质量块；并使 用AES来释放梁和质量块；最后利用键合工艺来得到所需的“三明治”结构。
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传感器技术
加速度传感器
目录
1
简述加速度传感器
2
电阻式加速度传感器
3
电容式加速度传感器
4
其他类型加速度传感器
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篇前语
❖ MEMS是什么？加速度传感器与MEMS什么关 系？
▪ 微机电系统（MEMS, Micro-ElectroMechanical System），也叫做微电子机械系统
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、且工作温度范围宽，同时它的后处理电路简单、体积小、 质量轻。
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压阻式加速度传感器
构造原理
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。在目前研究尺度内，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。
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压阻式加速度传感器
悬臂梁分析
悬臂梁根部的横向受力：
z
6ml bh2
a
悬臂梁的电阻的相对变化率：
R
/
R
z
z
h h
44
3ml bh2
a
质量块的质量m、 悬臂梁的宽度和厚度b,h、质量块中心至悬臂梁根部的距离l、 加速度a.
GrLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
力学模型
电容式加速度传感器从力学角度可以看成是一个质量—弹簧—阻尼系统。 根据牛顿第二定律可得力学模型为：
其中传感器无阻尼自振角频率、传感器阻尼比分别为：
对其进行零初始条件下的拉普拉斯变换,可得传递函数为：
可见,如果将传感器的壳体固定在载体上,只要能把质量块在敏感轴方向相对 壳体的位移测出来,便可以把它作为加速度的间接度量。