Конструкция чувствительного элемента дифференциального емкостного MEMS-акселерометра

В дифференциальных емкостных акселерометрах ядром конструкции является «сэндвич»-структура: в центре расположен подвижный чувствительный массовый блок, выступающий общим электродом, а сверху и снизу размещены неподвижные электроды. Когда ускорение отсутствует, массовый блок находится в центре, и верхняя и нижняя емкости равны:

Когда ускорение α действует вдоль чувствительной оси, инерционная сила вызывает смещение массового блока . В этот момент верхняя и нижняя емкости становятся:

Для извлечения сигнала в этой схеме обычно используется дифференциальный полумост. Связь между выходным напряжением и разностью емкостей имеет вид:

Подставляя приведенное выше выражение для емкостей:

Следовательно, получаем компактную линейную зависимость:

Совместив это с уравнением механического равновесия , где k является жесткостью упругой балки, получаем итоговое выражение:

Преимущество этой схемы заключается в том, что выходной сигнал строго пропорционален ускорению α, а параметры в знаменателе, такие как и , могут точно контролироваться благодаря точности фотолитографии, что позволяет точно проектировать чувствительность. Одновременно дифференциальная структура устраняет синфазные помехи, такие как температурный дрейф и колебания питания, поэтому это решение давно считается инженерно зрелым.

• Предыдущая запись

  Метод полного температурного циклического теста для MEMS-инклинометров

• Следующая запись

  Отраслевая структура и межсекторная экосистема применения высокоточных инерциальных датчиков