MEMS加速度计
MEMS加速度计和MEMS陀螺仪区别 常见MEMS加速度传感器介绍
MEMS 加速度计和MEMS 陀螺仪区别常见MEMS
加速度传感器介绍
MEMS 加速度计和MEMS 陀螺仪区别
最大的区别就是：工作原理和应用的区别（具体概念看下百科），前者是利用加速度，后者是利用惯性；前者是用在测斜调平，后者是知道通过知道角速率，可以知道物体的姿态，以便进行姿态控制。
两种东西通常是结合到一起应用。
比如IMU（惯性测量单元）：就是由三轴陀螺仪和三轴加速度计组合而成。
结合一起的原因就是：加速度计多用在静态或者匀慢速运动中，而陀螺仪应多用在动态中，而惯性器件随着时间的延长，会有零漂。
所以加速度计会给出一定的修正。
现在为了满足各种需要，有组合导航，即卫星导航和惯导组合
（GNSS/INS）。
MEMS加速度计综述
MEMS加速度计综述1、MEMS加速度计的概念加速度计是一种惯性传感器，能够测量物体的加速力。
加速力就是当物体在加速过程受到的力，就比如地球引力（粗略情况下也可以说是重力）。
加速力可以是个常量，比如m g，也可以是变量。
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)加速度计就是使MEMS技术制造的加速度计。
由于采用了微机电系统（也就是MEMS）技术，其尺寸大大的缩小了，一个MEMS加速度计大小不到一平方厘米。
MEMS加速度计具有体积小、重量轻、能耗低等优点。
2、MEMS加速度计的应用场合通过测量由于重力引起的加速度，你可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度（也就是姿态）。
通过分析动态加速度（积分后得到速度，再次积分可得位移），你可以分析出设备移动的方式。
现在工程师们已经想出了很多方法获得更多的有用的信息。
MEMS加速度计可以帮助你的机器人了解它现在身处的环境。
是在爬山？还是在走下坡，摔倒了没有？或者对于飞行类的机器人来说，对于控制姿态也是至关重要的。
一个好的工程师能够使用MEMS加速度计来回答所有上述所有的问题。
目前最新IBM Thinkpad手提电脑里就内置了MEMS加速度计，能够动态的监测出笔记本在使用中的振动，并根据这些振动数据，系统会智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑所造成的硬盘损害，最大程度地保护里面的数据。
目前在一些先进的移动硬盘上也使用了这项技术。
另外一个用处就是在目前的数码相机和摄像机里，用MEMS加速度计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。
MEMS加速度计还可以用来分析发动机的振动。
汽车防撞气囊的启动也可以由MEMS加速度计控制。
由此可见MEMS加速度计可以在我们的生活中发挥重要作用。
归纳其应用主要有以下几个方面：振动检测、姿态控制、安防报警、消费应用、动作识别、状态记录等.3、MEMS加速度计是如何工作的？技术成熟的MEMS加速度计分为三种:压电式、容感式、热感式。
MEMS加速度计的原理及应用
MEMS加速度计的原理及应用MEMS加速度计（Microelectromechanical Systems Accelerometer）是一种基于微电子机械系统的加速度测量器件。
它利用微电子技术和微米制造工艺，将加速度的作用转化为电信号的变化，从而实现对物体的加速度测量。
MEMS加速度计的原理是利用微机械结构和微运动质量的特性。
一般来说，MEMS加速度计由微型质量块和弹簧支撑系统组成，当物体发生加速度改变时，弹簧支撑系统会受到力的作用，从而导致微型质量块产生相应的位移。
这个位移可以通过微电子传感器转化为电信号，进而进行处理和分析。
1.手机和消费电子产品：MEMS加速度计被广泛应用在手机和其他消费电子产品中，用于实现自动屏幕旋转、运动感应游戏、姿势识别和手势控制等功能。
2.汽车安全系统：MEMS加速度计可用于汽车安全系统中，如气囊部署系统。
当车辆发生碰撞或急刹车等意外情况时，加速度计可以检测到车辆的加速度变化，并触发相应的安全机制。
3.工业监测：MEMS加速度计可以用于工业监测中，如机械设备的振动监测。
通过检测设备振动的频率和幅度，可以预测设备的健康状况和可能的故障。
4.体感游戏和虚拟现实（VR）设备：MEMS加速度计可以用于体感游戏和虚拟现实设备中，如头戴式显示器。
通过感应用户的头部和身体的运动，可以实现更加真实和沉浸式的游戏和虚拟体验。
5.医疗领域：MEMS加速度计可以用于医疗监测和诊断中，如运动追踪和睡眠监测。
通过监测运动和睡眠的模式和质量，可以帮助医生评估患者的健康状况。
6.运动跟踪器：MEMS加速度计在运动跟踪器中被广泛应用，如智能手环和运动手表。
它可以实时监测用户的步数、距离、卡路里消耗和睡眠质量等信息。
总结起来，MEMS加速度计是一种基于微电子机械系统的加速度测量器件，它通过微机械结构和微运动质量的特性，将加速度的作用转化为电信号的变化。
这种技术在手机、汽车安全系统、工业监测、体感游戏、医疗领域和运动跟踪器等领域有着广泛的应用。
MEMS加速度计
MEMS加速度计MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）加速度计是一种集成了微电子技术、微机械技术和传感器技术的微型加速度计。
MEMS加速度计以微机电系统技术为基础，利用微型机械结构和微电子技术制作而成的一种传感器。
其结构通常包括一个质量并且可以在三个不同方向上移动的臂梁，一些感应电极以及一个基座。
当加速度计受到外部加速度作用时，质量会受力发生偏移，从而导致感应电极的电荷和电场发生变化，通过测量这些变化，就可以得到外部加速度的信息。
MEMS加速度计主要有压电加速度计和电容加速度计两种类型。
压电加速度计是利用压电效应实现加速度测量的，当受到外部加速度作用时，压电材料产生电荷，从而产生电压输出。
电容加速度计是基于电容变化原理设计的，当加速度计产生加速度时，微机械结构中的电容会发生变化，通过测量电容变化就可以得到加速度的信息。
由于压电加速度计和电容加速度计都是微型化设计，制作工艺成熟，因此MEMS加速度计具有尺寸小、功耗低、成本低和可靠性高等特点。
MEMS加速度计广泛应用于许多领域，特别是在移动设备、汽车、航空航天、智能穿戴设备和工业自动化等领域。
在移动设备方面，MEMS加速度计可用于屏幕旋转、晃动控制和跌落检测等功能。
在汽车领域，MEMS加速度计能够实现碰撞检测、车身稳定控制和自动泊车等功能。
在航空航天领域，MEMS加速度计可用于姿态测量和导航系统。
在智能穿戴设备方面，MEMS加速度计可用于步数统计、睡眠监测和运动追踪等功能。
在工业自动化领域，MEMS加速度计可用于振动检测和故障诊断等应用。
然而，MEMS加速度计也存在一些问题。
首先，由于其微小尺寸，对温度、湿度和振动等环境因素的影响较大，可能会导致测量误差。
其次，MEMS加速度计的精度和分辨率相对较低，对微小加速度的测量不够敏感。
此外，MEMS加速度计的线性度和漂移等问题也需要进一步优化和改进。
综上所述，MEMS加速度计作为一种集成了微电子技术、微机械技术和传感器技术的微型加速度计，在各个领域有着重要的应用价值。
mems电容式加速度计原理
MEMS电容式加速度计原理一、工作原理MEMS电容式加速度计是一种基于微机械加工技术制成的传感器，用于测量加速度。
其核心部分是可移动的感应质量块和固定电极，它们之间存在微小的间距。
在工作状态下，当被测物体发生加速度时，感应质量块会受到力的作用，从而产生位移。
这个位移量会改变感应质量块与固定电极之间的距离，从而引起电容值的改变。
通过测量电容值的变化，可以推导出物体的加速度。
二、结构设计MEMS电容式加速度计的典型结构包括一个可移动的感应质量块和两个对称的固定电极。
感应质量块通常采用单晶硅材料制成，形状为长方形或圆形，其两端固定在弹性梁上。
弹性梁的材料一般为氮化硅或石英，它们具有良好的弹性性能和稳定的热性能。
固定电极一般采用金属材料制成，与硅衬底形成电容器。
当加速度作用在感应质量块上时，感应质量块会沿着敏感轴方向产生位移，从而改变电容器的电容值。
三、电容变化当感应质量块发生位移时，它与固定电极之间的距离会发生变化，导致电容值的改变。
这个电容变化量可以通过外部电路检测并转换为电压信号输出。
在MEMS电容式加速度计中，通常采用差分电容检测方式来提高检测灵敏度和减小外界干扰的影响。
差分电容检测方式是将两个对称的电容器串联在一起，通过测量两个电容器的电容差值来推导出加速度值。
四、测量范围MEMS电容式加速度计的测量范围取决于其结构设计、制造工艺和材料选择等因素。
一般来说，MEMS电容式加速度计的测量范围在±2g 至±10g之间。
在实际应用中，可以根据需要选择适合测量范围的加速度计。
此外，为了减小测量误差和提高测量的稳定性，可以对加速度计进行温度补偿和线性补偿等处理。
五、方向测量MEMS电容式加速度计一般只能测量单一方向的加速度值，而要实现方向测量则需要使用多个加速度计。
一般来说，将多个MEMS电容式加速度计按不同的方向布置在同一个被测物体上，每个加速度计负责测量一个方向的加速度值。
通过对这些加速度值进行处理和分析，可以获得物体在三维空间中的运动状态和方向信息。
MEMS压电式加速度计
MEMS压电式加速度计MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）压电式加速度计是一种利用压电效应测量加速度的传感器。
它基于微纳技术制造而成，具有小型化、低功耗、高性能等优势，在汽车、航空航天、智能手机等领域广泛应用。
MEMS压电式加速度计的主要原理是利用压电材料的特性。
压电材料是一种在受到力或压力作用下会产生电荷的材料。
当压电材料受到加速度作用时，会产生应变，从而产生电荷。
通过测量这个电荷的大小，就可以确定加速度的大小。
MEMS压电式加速度计由压电传感器和信号处理电路组成。
压电传感器通常采用层状压电片结构，其中包含了压电材料和电极层。
当压电材料受到加速度作用时，会产生电荷，在电极间形成电压。
信号处理电路会将这个电压转换为数字信号，并进行处理和分析。
MEMS压电式加速度计具有以下优势。
首先，它是一种小型化的传感器，体积小、重量轻，可以方便地集成到其他设备中。
其次，它具有低功耗的特性，适合于电池供电的应用。
此外，它的响应速度快，可以检测频率较高的加速度变化。
最后，它的测量精度高，可以达到微米级的精度要求。
MEMS压电式加速度计在汽车行业中得到广泛应用。
例如，在车辆的安全系统中，可以通过加速度计来检测车辆的碰撞、翻滚等情况，从而触发安全气囊的打开。
此外，它还可以被用于车辆的悬挂系统、刹车系统等方面的控制和监测。
在航空航天领域，MEMS压电式加速度计可以用于火箭、导弹等飞行器的姿态控制和导航系统中。
通过测量加速度，可以确定飞行器的姿态和位置，从而实现精确的导航和控制。
在智能手机等消费类电子产品中，MEMS压电式加速度计可以用于屏幕旋转、手势识别等功能。
通过感知手机的倾斜、旋转等动作，可以实现屏幕的自动旋转、游戏的控制等功能。
总之，MEMS压电式加速度计是一种应用广泛的传感器，具有小型化、低功耗、高性能等优势。
它在汽车、航空航天、智能手机等领域发挥着重要的作用，为这些领域的发展和进步做出了贡献。
mems三轴加速度计原理
mems三轴加速度计原理MEMS三轴加速度计原理1. 什么是MEMS三轴加速度计？MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）三轴加速度计是一种微型化的传感器设备，用于测量物体在三个方向上的加速度。
它的工作原理基于微机电系统技术，通过微型电子组件和微机械结构实现加速度的检测与测量。
该设备通常由微加速度感应器、信号处理电路和数据输出接口组成，能够广泛应用于移动设备、汽车安全系统、运动监测等领域。
2. MEMS三轴加速度计的工作原理微加速度感应器微加速度感应器是MEMS三轴加速度计的核心部件。
它通常由微结构和敏感电路组成。
微结构由多个微机械振动结构组成，其中包括微型质量块和弹簧。
当发生加速度时，微加速度感应器内的质量块会受到惯性力的作用而发生位移，从而引起弹簧的变形。
敏感电路敏感电路是用于检测和测量微加速度感应器产生的位移的电路部分。
它通常由压电传感器和信号放大器组成。
压电传感器可以将微加速度感应器的位移转化为电荷信号。
当微加速度感应器发生位移时，压电传感器产生电荷信号，这个信号会被传递到信号放大器。
信号放大器会放大压电传感器产生的微弱电荷信号，使之成为可以被读取和处理的电压信号。
3. MEMS三轴加速度计的工作过程MEMS三轴加速度计的工作过程可以分为三个阶段：感应阶段、转换阶段和读数阶段。
感应阶段在感应阶段，当加速度发生变化时，微加速度感应器内的质量块会受到惯性力作用而发生位移。
这个位移将被压电传感器转化为电荷信号。
转换阶段在转换阶段，压电传感器产生的电荷信号被信号放大器放大为可以进行读数和处理的电压信号。
信号放大器通常采用运算放大器等电路进行放大。
读数阶段在读数阶段，通过数据输出接口可以读取和处理由信号放大器产生的电压信号。
这些信号可以被转换成数字信号，从而得到物体在三个方向上的加速度数值。
MEMS三轴加速度计通过微机电系统技术，利用微加速度感应器和敏感电路实现对物体加速度的检测和测量。
MEMS加速度计分析
MEMS加速度计分析MEMS加速度计（Microelectromechanical systems accelerometer）是一种基于微电子技术和微机械结构的传感器设备，用于测量物体的加速度。
它具有小巧、低功耗、高精度等优势，在多个领域中得到了广泛的应用，如智能手机、车载导航系统、运动监测设备等。
本文将对MEMS加速度计的原理、结构、应用以及未来发展进行详细分析。
首先，MEMS加速度计利用微电子技术和微机械结构实现了对物体加速度的测量。
其基本原理是通过测量微结构在加速度作用下产生的位移或形变来确定物体的加速度。
一般来说，MEMS加速度计由感应质量块、弹簧结构和传感电路组成。
当物体加速度发生变化时，感应质量块会受到作用力的影响而移动，进而引起弹簧结构的形变。
通过测量感应质量块或弹簧结构的位移或形变，就可以确定物体的加速度。
其次，MEMS加速度计具有一系列优点。
首先，它具有小巧的尺寸，可以被集成到各种微型设备中，如智能手机、手表等。
其次，它具有低功耗的特点，由于采用了微电子技术，可以在工作过程中消耗较少的电能，延长设备的使用寿命。
再次，MEMS加速度计具有高精度的特点，可以测量微小的加速度变化，从而提供准确的加速度数据。
此外，MEMS加速度计还具有较低的成本，相对于传统的加速度计，其制造成本较低。
MEMS加速度计在各个领域中具有广泛的应用。
在智能手机中，MEMS加速度计用于屏幕自动旋转、运动感应和步态识别等功能。
在车载导航系统中，MEMS加速度计可以检测汽车的加速度，从而实现车辆的导航功能。
在运动监测设备中，MEMS加速度计可以测量人体的运动轨迹和交通模式，从而实现步数统计和运动状态监测等功能。
除此之外，MEMS加速度计还被应用于工业自动化、医疗健康、航空航天等领域。
然而，MEMS加速度计也存在一些局限性。
首先，由于其微小的尺寸和灵敏的结构，MEMS加速度计容易受到外界环境的干扰，如温度变化、震动等。
mems三轴加速度计原理
MEMS三轴加速度计的原理MEMS三轴加速度计是一种基于微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）技术的传感器，用于测量物体的加速度。
它由微机电系统芯片、控制电路和信号处理电路组成。
在本文中，将详细解释MEMS三轴加速度计的基本原理。
1. 什么是MEMS三轴加速度计？MEMS三轴加速度计是一种能够测量物体在三个方向上的加速度的传感器。
它通常由微机电系统芯片制成，具有微小、低功耗和高精度等特点。
MEMS三轴加速度计广泛应用于移动设备、汽车、导航系统等领域。
2. MEMS三轴加速度计的工作原理MEMS三轴加速度计的工作原理基于微机电系统技术和质量平衡原理。
它通过测量微机电系统芯片中的质量变化来确定物体的加速度。
具体来说，MEMS三轴加速度计通常由两个主要部分组成：感应质量和压电传感器。
2.1 感应质量感应质量是MEMS三轴加速度计的核心部件，它通常由微机电系统芯片中的微小质量块组成。
感应质量可以在多个方向上自由移动，并且具有一定的弹性。
2.2 压电传感器压电传感器是MEMS三轴加速度计中的另一个重要组成部分。
它通常由压电材料制成，如压电陶瓷。
压电材料具有特殊的电学性质，当施加压力或力量时，会产生电荷。
2.3 基本原理MEMS三轴加速度计的基本原理是利用感应质量和压电传感器之间的相互作用来测量加速度。
当物体受到加速度时，感应质量会受到惯性力的作用而移动。
感应质量的移动会导致压电传感器受到压力或力的作用，进而产生电荷。
这个电荷的大小与感应质量的移动距离和加速度大小成正比。
压电传感器将产生的电荷转化为电压信号，并通过控制电路和信号处理电路进行放大和处理。
最终，我们可以通过测量电压信号来确定物体在三个方向上的加速度。
3. MEMS三轴加速度计的工作模式MEMS三轴加速度计通常有两种工作模式：静态模式和动态模式。
3.1 静态模式在静态模式下，MEMS三轴加速度计测量的是物体所受到的重力加速度。
mems加速度计原理
mems加速度计原理
MEMS加速度计是一种利用微电子机械系统技术制造的加速
度传感器。
它采用微小的质量偏转来测量物体的加速度。
MEMS加速度计的原理基于牛顿第二定律，即力等于质量乘
以加速度。
它包括一个微小的质量块，在加速度作用下会偏转。
具体原理如下：
1. 弹性梁原理：MEMS加速度计的核心部件是微小的弹簧梁
结构。
当加速度作用于传感器时，其内部的弹簧梁会受到力的作用而发生形变。
通过测量形变量的变化，可以计算出加速度大小。
2. 微机电系统技术：MEMS加速度计通过微电子加工工艺制
造出微小的机械结构，这些结构可以识别并测量加速度。
常见的结构包括悬臂梁、微型质量块等。
当加速度发生改变时，这些微小结构会产生微小位移，通过测量位移的变化，可以得到加速度的值。
3. 电容变化原理：MEMS加速度计中的微小结构内部设置了
电容，当加速度发生变化时，结构的位移会导致电容发生改变。
通过测量电容的变化，可以得到加速度的值。
总之，MEMS加速度计利用微小结构的位移或形变来测量加
速度，具有体积小、功耗低和响应速度快等优势，广泛应用于移动设备、汽车电子系统和航空航天等领域。
mems加速度计参数
mems加速度计参数
MEMS加速度计是一种微型机电系统，用于测量物体的加速度。
它由微型机械结构、传感器和信号处理器组成。
以下是常见的MEMS 加速度计参数：
1. 测量范围：表示MEMS加速度计可以测量的加速度范围，通常以重力加速度g为单位，例如±2g、±4g、±8g等。
2. 灵敏度：表示MEMS加速度计在单位加速度下输出的电压变化量，通常以mV/g为单位，例如200mV/g。
3. 分辨率：表示MEMS加速度计可以测量的最小加速度变化量，通常以mg为单位，例如1mg。
4. 器件带宽：表示MEMS加速度计可以测量加速度信号的频率范围，通常以Hz为单位，例如100Hz。
5. 器件噪声：表示MEMS加速度计在无加速度信号时输出的电压噪声水平，通常以mg为单位，例如0.1mg。
6. 线性度：表示MEMS加速度计输出与实际加速度之间的误差程度，通常以百分数或mg为单位，例如±0.2%FS或±2mg。
MEMS加速度计是一种常见的传感器，广泛应用于汽车、手机、游戏机、医疗器械等领域。
了解其参数可以帮助工程师选择适合的加速度计，以满足不同应用的需求。
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mems三轴加速度计注意事项
mems三轴加速度计注意事项使用MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）三轴加速度计时，有一些注意事项需要考虑。
以下是一些重要的方面：1. 安装方向，MEMS三轴加速度计具有三个轴，通常标记为X、Y和Z。
在安装时，确保正确地确定每个轴的方向，并将其与所测量的物理量相对应。
这样可以确保获得准确的测量结果。
2. 校准，在使用之前，对MEMS三轴加速度计进行校准是非常重要的。
校准可以消除传感器本身的误差，并提高测量的准确性。
校准过程通常包括检查和调整零偏、灵敏度和非线性等参数。
3. 防震措施，MEMS三轴加速度计对振动和冲击非常敏感。
在安装时，应尽量避免将其暴露在高频或大幅度的振动环境中。
可以采取一些防护措施，如使用减震材料或安装在稳定的结构上，以减少外界干扰。
4. 温度影响，温度变化可能会影响MEMS三轴加速度计的性能。
在实际应用中，尽量控制环境温度的稳定性，或者在测量结果中进行温度补偿，以消除温度对测量的影响。
5. 电源和信号干扰，电源噪声和信号干扰可能会影响MEMS三轴加速度计的测量结果。
为了减少这些干扰，可以使用滤波器、屏蔽和隔离等技术来提高系统的抗干扰能力。
6. 采样率和带宽，选择适当的采样率和带宽是确保测量准确性的关键。
采样率应足够高，以捕捉到所需的动态范围和频率内容。
带宽应根据应用需求进行选择，以避免不必要的噪声和干扰。
7. 数据处理和解析，MEMS三轴加速度计的输出通常是原始加速度信号。
为了得到有用的信息，需要对原始数据进行处理和解析。
这可能涉及到滤波、积分、坐标转换等算法和技术。
总之，使用MEMS三轴加速度计时，需要注意安装方向、进行校准、防震措施、温度影响、电源和信号干扰、采样率和带宽的选择，以及数据处理和解析等方面。
这些注意事项将有助于确保获得准确可靠的加速度测量结果。
mems加速度计z轴结构及工作原理
mems加速度计z轴结构及工作原理mems加速度计是一种基于微机电系统（MEMS）技术的传感器，用于测量物体在三维空间中的加速度，其中z轴加速度是指物体在垂直于地面的方向上的加速度。
mems加速度计的结构可分为三个主要部分：质量块、支撑结构和感应电极。
质量块是mems加速度计的核心部件，通常采用微米级别的硅质材料制成。
支撑结构用于支撑质量块，以保持其相对静止位置，一般由弹性材料制成。
感应电极则用于测量质量块的位移，从而间接测量物体在z轴方向上的加速度。
mems加速度计的工作原理基于质量块的惯性。
当物体受到外力作用时，质量块会发生位移，而这种位移会导致感应电极间的电容发生变化。
通过测量电容的变化，可以推断出质量块的位移大小，从而得到物体在z轴方向上的加速度。
具体而言，mems加速度计利用电容变化来测量质量块的位移。
当物体受到加速度时，质量块会发生相应的位移，导致感应电极之间的电容发生变化。
通过测量电容的变化，可以确定质量块的位移量，从而得到物体在z轴方向上的加速度。
为了实现这一测量过程，mems加速度计通常采用差动电容结构。
差动电容结构由两对相等的感应电极组成，分别位于质量块的两侧。
当质量块发生位移时，感应电极之间的电容会发生变化。
通过测量两对感应电极之间的电容差值，可以确定质量块的位移量，进而计算出物体在z轴方向上的加速度。
为了提高mems加速度计的灵敏度和精度，还可以采用一些增强措施。
例如，可以在质量块和支撑结构之间设置减震垫，以减小外界干扰对加速度测量的影响。
同时，还可以采用温度补偿技术，通过测量环境温度的变化来修正mems加速度计的输出，以提高其稳定性和准确性。
mems加速度计是一种基于微机电系统技术的传感器，用于测量物体在三维空间中的加速度。
通过测量质量块的位移，可以间接得到物体在z轴方向上的加速度。
其结构简单、工作原理清晰，可以应用于许多领域，如运动追踪、姿态控制、智能手机等。
随着MEMS技术的不断发展，mems加速度计将会在更多领域发挥重要作用。
MEMS加速度计
MEMS加速度计
MEMS（Micro Electro Mechanical System）加速度计是一种小型的微电子机械系统，它是一种集成在小尺寸的容器中的微型传感器。
它的一个主要功能是用于测量自身被作用力的改变。
MEMS加速度计通常用来测量一个物体的速度和加速度。
MEMS加速度计可以用来测量其中一种受力是否存在，或者可以用来测量其中一种力的大小和方向。
这种受力可以指物体的重力、运动或者是重力或运动之外的力，例如机械弹簧或气动弹簧等。
MEMS加速度计的输出信号可以经过处理，反映物体的运动状态，使制造者可以做出恰当的决定和行动。
MEMS加速度计无论在工业界还是日常生活中都有着很广泛的应用，它可以用来测量汽车、机器人、运动和其他各种运动的加速度，以及许多智能装置实现自由度控制。
它可以用来检测碰撞、行车轨迹和定位，从而应用到汽车安全系统中，使汽车安全变得有效。
此外，它还可以用来测量人体的运动，帮助科学家进行运动分析研究。
MEMS加速度计
(3) 多轴加速度计的开发成为新的方向。已经有文献报道开发出三 轴微硅加速度计，但是其性能离实用还有一段距离，多轴加速度计 的解耦是结构设计中的难点。
五、MEMS加速度计的发展趋势
导航
集成的全球定位系统（GPS）或基站的三角网能用来确定移 动电话的位置。但是利用现有的这种小显示屏。对于用来 完整显示用户前面的环境是非常有利的。正常情况下采用 电子式指南针确定机首方位，但是指南针必须与地球表面 保持平行以便使机首方位误差小。这种误差依赖于到地球 的地磁赤道的距离变化。例如在北京，指南针与地球表面 平行方向每偏离1度，会导致3度的机首方位误差。当用户 使用移动电话时，指南针可能倾斜于水平面方向成45度， 从而会产生很大的机首方位误差。可使用加速度计能用来 确定手机（和指南针）相对地球表面的实际方位以补偿这 种误差。
MEMS加速度计
加速度计是一种惯性传感器，能够测量物体的加 速力。加速力就是当物体在加速过程中作用在物 体上的力，就比如地球引力，也就是重力。加速 力可以是个常量，比如g，也可以是变量。
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)加速 度计就是使用MEMS技术制造的加速度计。由于采 用了微机电系统技术，使得其尺寸大大缩小，一 个MEMS加速度计只有指甲盖的几分之一大小。 MEMS加速度计具有体积小、重量轻、能耗低等优 点。
扭摆式微加速度计
扭摆式微加速度计的敏感单元是不对称质量平板，通过扭 转轴与基座相连，基座上表面布置有固定电极，敏感平板 下表面有相应的运动电极，形成检测电容(如图3) 。当有 加速度作用时，不对称平板在惯性力作用下，将发生绕扭 转轴的转动。转动角与加速度成比例关系，可用下式表示： maL = Kθ。式中， a 为输入加速度；L 为质量平板质心 到支撑轴转动中心的距离；K 为支撑轴的扭转刚度系数； θ为平板的扭转角。当质量平板发生偏移时，可以利用电 容的静电力来调节平板的偏转角度，提高系统的测量范围， 改善系统的动态特性。其基本特点与电容式类似。
MEMS加速度计分析
MEMS加速度计分析MEMS加速度计是一种常见的微电子机械系统（MEMS）的类型，它能够测量物体的加速度。
由于其小尺寸、重量轻、功耗低等特点，MEMS加速度计已广泛应用于各种领域，如移动设备、汽车、工业控制等。
本文将对MEMS加速度计进行深入分析，包括其原理、结构、工作模式以及应用等方面。
一、MEMS加速度计的原理二、MEMS加速度计的结构MEMS加速度计的结构基本上由四个部分组成：质量块、弹簧、感应电路和封装。
其中，质量块是用来感应加速度的核心部件，弹簧用于支撑和约束质量块的运动，感应电路用于将机械位移转化为电信号，封装则用于保护MEMS加速度计的结构和电子器件。
三、MEMS加速度计的工作模式四、MEMS加速度计的应用MEMS加速度计在各个领域都有广泛的应用。
在移动设备领域，MEMS 加速度计被用于导航、姿态检测、图像稳定等方面。
在汽车领域，MEMS 加速度计可以用于车辆稳定性控制、碰撞检测等。
在工业控制领域，MEMS 加速度计可以应用于振动监测、机器人导航等。
五、MEMS加速度计的优缺点MEMS加速度计有许多优点，如小尺寸、重量轻、功耗低、价格低廉等。
此外，MEMS加速度计还具有高灵敏度、较大的测量范围以及良好的线性度。
然而，MEMS加速度计也存在一些缺点，例如温度漂移大、噪声较大、灵敏度不稳定等。
六、MEMS加速度计的发展趋势随着技术的不断进步，MEMS加速度计在性能和应用方面还有很大的发展空间。
目前，研究者们正在努力解决MEMS加速度计的噪声、温度漂移等问题，并且不断提高其灵敏度和稳定性。
总结：MEMS加速度计是一种应用广泛的传感器，其基本原理是利用微机电系统技术测量被测物体的加速度。
它的结构简单，可以通过单轴、双轴和三轴等不同模式来测量加速度，具有很多优点，但也存在一些缺点。
随着技术的不断进步，MEMS加速度计的性能和应用还将不断发展。
MEMS加速度计的原理及运用
MEMS加速度计的原理及运用MEMS加速度计（Micro-electromechanical Systems accelerometer）是一种使用微型机电系统技术制造的加速度计。
它利用微型机电系统的微小尺寸和集成度高的特点，能够在小尺寸装置中提供高精度的加速度测量。
本文将介绍MEMS加速度计的原理及其在各个领域中的运用。
首先，要了解MEMS加速度计的原理，需要了解几个基本概念。
加速度是物体在单位时间内速度的改变量。
MEMS加速度计利用了惯性原理来测量加速度。
惯性原理指的是物体具有一种固有的抵抗力，使得它们很难改变其状态的性质。
根据牛顿第一定律，当一个物体保持静止或匀速直线运动时，它的加速度为零。
而当一个物体的速度或方向发生变化时，它将经历一个加速度。
MEMS加速度计利用质量的惯性来测量物体的加速度。
它通常由质量块、弹簧和电容器组成。
当一个物体加速时，质量块会受到惯性力的作用，从而相对于基准点发生位移。
这个位移会导致弹簧发生伸缩，并改变电容器之间的距离。
通过测量这个电容器之间的距离的变化，就可以推断出加速度的大小。
MEMS加速度计的一个重要特点是它的微小尺寸和高集成度。
由于其微型机电系统的制造工艺，MEMS加速度计可以大量集成在一个小芯片上，使其适用于移动设备、汽车、航空航天等领域。
此外，MEMS加速度计具有高精度、低功耗和低成本的优势，因此它被广泛应用于智能手机、平板电脑、游戏控制器等消费电子产品中。
下面我们将介绍MEMS加速度计在几个重要领域的运用。
1.物体运动监测：MEMS加速度计可以测量物体的加速度和姿态，用于监测和分析物体的运动状态。
在运动追踪、姿势检测、运动游戏等领域有广泛应用。
2.防抖动技术：在消费电子产品中，MEMS加速度计常用于防抖动技术。
通过对设备的加速度和方向进行实时监测和调整，可以消除震动对图像和视频的干扰，提供稳定和清晰的图像质量。
3.汽车安全系统：MEMS加速度计常用于汽车安全系统中，用于检测车辆的碰撞和突然变速。
mems加速度计工作原理
mems加速度计工作原理Mems加速度计指的是微机电系统加速度计，是采用微机电技术生产的小型传感器，用于测量和监测加速度和带方向的力。
下面介绍mems 加速度计的工作原理：一、工作原理：1. 基本原理：Mems加速度计本质上是一种检测物体换向位移的设备，原理是当物体施加加速度或力时，会产生换向位移。
2. 具体设计：Mems加速度计的结构基于微机电原理和原子层结构，它包括换向传感器、滤波和滞后控制部件、加速度计放大器以及控制/数据处理模块。
3. 传感器的作用：Mems加速度计的传感器主要负责对物体产生的换向位移进行检测，它可根据物体的换向位移产生换向信号，该信号被传输至控制/数据处理模块。
二、加速度计放大器：1. 功能：加速度计放大器的作用是将传感器产生的换向信号进一步放大后传输至控制/数据处理模块。
2. 结构：Mems加速度计中的放大器主要由电路和微机电器件组成，其中电路主要为集成电路，微机电器件是实现加速度传感效果所必需的元件。
三、滤波与滞后控制部件：1. 功能：滤波部件的功能是过滤杂散信号，保留有效信号，以获得准确精确的加速度数据；滞后控制部件的功能是通过设置滞后时间来减小瞬变换向影响加速度测量的误差；2. 结构：滤波部件和滞后控制部件是一定的集成电路，内部核心元件是电容元件和一些晶体管等；3. 联系：滤波元件与加速度计放大器、滞后控制部件与加速度计放大器之间存在联系，加速度计放大器可以根据滤波和滞后控制部件产生的信号来进行改变加速度测量的特性。
四、控制/数据处理模块：1. 作用：控制/数据处理模块的作用是根据传感器的换向信号以及加速度计放大器和滤波、滞后控制部件所产生的信号，分析、处理、记录和传输加速度和带方向的力的测量数据；2. 结构：控制/数据处理模块由微处理器和一些周边电路组成，周边电路主要包括存储电路、发射电路和数字/模拟转换电路等。
从三大应用角度深度剖析MEMS加速度计的关键指标
从三大应用角度深度剖析MEMS加速度计的关键指标MEMS加速度计是一种微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）器件，用于测量物体的加速度。
它在很多应用领域都起到了至关重要的作用，如汽车安全系统、运动追踪、无人机导航等。
本文将从三大应用角度深度剖析MEMS加速度计的关键指标。
1.基本参数指标：MEMS加速度计的一些基本参数指标对于性能评估和应用选择非常重要。
其中，灵敏度是指在单位加速度载荷下输出电压的变化量，一般以mV/g（千分之一g）为单位，是衡量加速度计灵敏程度的重要指标。
在实际应用中，灵敏度越高，检测到的加速度信号的分辨率就越高。
另外，线性度也是一个重要参数，它是指在整个测量范围内，输出信号与物体加速度之间的线性关系程度。
线性度越高，加速度计的测量准确性就越好。
2.动态性能指标：MEMS加速度计需要能够准确快速地测量和响应物体的加速度变化，因此动态性能指标对于衡量其性能至关重要。
其中，带宽是指加速度计能够测量到的最高频率，一般以Hz为单位。
带宽越高，加速度计的测量能力越强，适用于更广泛的应用场景。
此外，响应时间也是一个重要指标，它衡量了加速度计从接收到加速度变化信号到产生输出响应的时间。
响应时间越短，加速度计的实时性和响应能力越强。
3.稳定性和可靠性指标：MEMS加速度计的稳定性和可靠性是其在长期应用中能否保持准确测量的关键。
温度系数是一个重要指标，它衡量了加速度计输出的灵敏度随温度变化的程度。
温度系数越低，加速度计在不同温度环境下的稳定性就越好。
此外，零漂和零点稳定度也是稳定性的关键指标，零漂是指在无加速度作用下，输出信号的偏移量；零点稳定度是指加速度计长期测量中零漂的变化程度。
零漂越小，加速度计的准确度和稳定性越好。
除了以上三大应用角度的关键指标，MEMS加速度计的其他重要指标还包括功耗、尺寸、重量、成本等。
功耗是指加速度计工作时所消耗的电能，尤其在电池供电的场景下，需要尽量降低功耗以延长电池寿命。
MEMS电容加速度计
加速度计的半壁江山 ——电容式加速度计
• 电容式微加速度计因具有高精度、低温度敏感系数、低功耗、 宽动态范围和微机械结构等优点而成为当前国内外的研究热 点。其有很好的直流响应，较好的信噪比，负载阻抗高，受 磁场的干扰小，容易实现自检，高灵敏度，低漂移和低温度 灵敏度等，在低频响应方面可以响应静态的或直流加速度， 因此得到了广泛的应用。在当前的科学研究以及市场份额中 都是以电容式加速度计为主，占据了mems加速度计的半壁江 山。
微加速度计的最新产品
Bosch在2012推出了最新的三轴MEMS加 速度计 BMA280/BMA255 分辨率： 14位， 封装及尺寸： 2*2mm LGA(触点阵列), 制作工艺 ：200mm晶圆， 可检测最小加速度数值：0.25milli-g 集成了FIFO缓冲区和先进的中断机制 噪音仅为：120 micro-g/vHz和150 microg/vHz 以最大速率传输数据时电流只有130mA 省点模式时功耗甚至可低于10mA 接口：SPI(3-or-4wire)和IIC 工作温度：-40~+85度 特点：目前市场上还没其它2*2mm的加速 度计能够保持如此低噪音和高灵敏度
如图3-1，在电容器板间通过厚为d，相对介电常数为
εr介质，电容为
C
0 A
a d d r
,若通过的介质相对介电
常数增加△εr，列如湿度增加，成分变化时，电容增
加为：
a
d
图（3-1）
C
C
a
d
0A [d (r
r
)]
C C
r r
N2
1
1 N 3 ( r
电容式微加速度计的种类
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d
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电容式加速度计
– – – – – 敏感器件制作简单 不受温度影响 读出电路复杂 易受寄生参数影响 非线性
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电容式加速度计（一）
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电容式加速度计（一）
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电容式加速度计（一）
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4 mf
• 当质量、刚度、阻尼改变时，系统的频率随之变化，反之， 可由频率的变化反推这些物理量的变化 • 刚度改变可由附加物质、边界条件和内应力引起 • 质量和阻尼的变化可由附加物质、外部环境引起
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弯曲频率随轴力的变化
• 轴力导致梁或膜弯曲刚度的变化，进而引起弯曲频率的 变化 • 矩形截面的两端固支梁在轴力N左右下的弯曲频率为
2 mk
1 2
读出传感器 壳体
弹簧
加速度测量方向
品质因子
Q
m
检测质量
拉氏变换得传递函数的幅值和 相位分别为
H ( ) X ( ) 1 A( ) ( ) ( / Q)
r 2 2 2 0 0 2
阻尼器
tan
5
1 2 0
0
Q
2
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电容式加速度计（一）
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电容式加速度计（二）
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电容式加速度计（二）
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电容式加速度计（二）
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电容式加速度计（三）
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电容式加速度计（三）
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– 结构简单 – 无法测直流（常加速 度） – 温度系数较大
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压电式加速度计（一）
• ZnO压电层
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压电式加速度计（一）
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压电式加速度计（一）
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压电式加速度计（二）
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Ν l ω (Ν ) ω ( 0 ) 1 γ ( 1 ν )( ) Εwh h • 其中w、h和l分别为梁的宽度、厚度和长度，E和 分别 ω 为材料的弹性模量和泊松比，n表示频率的阶数，n( 0 ) 表 示第n阶无轴力频率，其值为
2 n n n
ν
• 系数 n
53
h ω(0) 12 l 和 γn 见下表
n n 2
2
E (1 )
2
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两端固支梁频率计算系数
模态 1 2 3 4 5 4.730 7.854 11.00 14.14 17.28
nn 0.2949
0.1453 0.08119 0.05155 0.03553
γ
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谐振式加速度计
• （可用电阻热激振和压阻感知） – 直接数字输出 – 潜在的高精度：电漂移和热噪声影响小
隧道加速度（四)
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隧道加速度（四)
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隧道加速度（五)
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隧道加速度（六)
• Peking University • 800mV/g
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热对流式加速度计
– – – – 结构和读出电路简单 响应较慢 线性工作范围小 受温度影响大
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谐振式加速度计（三）
• 第一个样品灵敏度约70Hz/g， 带宽10kHz，分辨率0.1g； • 第二个样品灵敏度约45Hz/g。
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隧穿式（Tunneling）
• 在一定的电压作用下，隧穿电流为
其中 I 0 为归一化电流， 为隧道势垒 高度， 为隧尖到电极之间的距离， 为转换系数。 z • 可根据隧穿电流检测隧尖与电极之间的距离。 • 典型初始间距约1nm，间距变化0.01nm时，隧道电流 的相对变化量达4.5%。
压电式加速度计（三）
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压电式加速度计（三）Biblioteka 33重庆大学 微系统研究中心
压电式加速度计（三）
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电容式(Capacitor)
• 运动导致电容的变化
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电容
电容为 其中 分别为空气的介电常数和 两电极的正对面积。电容的变化与 位移不成正比，非线性较强。 0bL 令 C0 若初始偏移为x0 ,则当 0 x L 时, 电容的相对变化为 C x x0 C0 L 线性度比较好。 梳齿电容器的电容与位移的线性度很好，得到广泛的应 用。
MEMS加速度计的特点
• • • • • • 尺寸小 重量轻 成本低 易集成 功耗小 …… 据专家预测，MEMS加速度计在不久的将来有可能独 占中低精度的加速度计市场的潜力。
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基本原理
质量块运动方程
0
m cx kx ma x
r r r
k 无阻尼固有频率 m c 阻尼比
电容式加速度计（三）
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电容式加速度计（四）
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电容式加速度计（四）
• 边缘场影响
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电容式加速度计（四）
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电容式加速度计（四）
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谐振式（Resonator）
• 运动方程 mx cx kx F 1 k • 无阻尼频率 f 2 m • 有阻尼频率 fD f 1 2 其中 c
a
m
振梁
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谐振式加速度计(一)
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谐振式加速度计(一)
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谐振式加速度计（二）
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谐振式加速度计（二）
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谐振式加速度计（二）
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谐振式加速度计（二）
MEMS加速度计
2013年7月28日
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应用领域
• • • • • • • • • • • • 机械特性检测 土木结构状态监测 汽车 机器人 自动化 地震记录 汽车 结构主动控制 卫星导航 武器制导 玩具 ……
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加速度计的精度与价格
3
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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。
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基本原理
• 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）。 若采用力反馈控制， 由于相对位移基本被 控制在零位，可以采 7 用小阻尼或大品质因 子。
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压阻式加速度计（一）
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压阻式加速度计（一）
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压阻式加速度计（一）
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压阻式加速度计（二）
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压阻式加速度计（二）
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压阻式加速度计（三）
表示单位应力电阻率的相对变化，则应变灵敏度系数为
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半导体的压阻效应
常用压阻材料： p+或n+多晶硅 金属
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压阻式加速度计
– – – – 读出电路非常简单 压敏电阻制作难度大 温度系数大 灵敏度不高
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压阻式加速度计（一）
0 t 0 a (t ) 1 t 0
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加速度计的性能指标
• 量程 • 灵敏度： 降低刚度 增加质量 • 动态范围 提高加速度计的固有频率，但这与提高灵敏度有矛盾。 • 反应时间 提高固有频率
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工作原理
• • • • • • • 压阻式 压电式 电容式 谐振式 隧穿式 热对流式 ……
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压阻式加速度计（三）
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压阻式加速度计（三）
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压阻式加速度计（三）
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半导体的压电效应(piezoelectricity)
• 压电效应是居里夫妇于1880年发现的 • 压电效应：某些材料在机械力作用下产生变形,会引起表 面带电的现象,而且其表面电荷密度与应力成正比
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谐振式加速度计（二）
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谐振式加速度计（三）
• 基于热激励和压阻感知 • 工作原理