一種壓阻式線加速度計(jì) 2

1、1應(yīng)用背景介紹應(yīng)用背景介紹慣性傳感器是檢測(cè)和測(cè)量加速度、傾斜、沖擊、振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和多自由度運(yùn)動(dòng)的傳感器。慣性傳感器是解決導(dǎo)航、定向和運(yùn)動(dòng)載體控制的重要部件。MEMS慣性傳感器體積小，重量輕、價(jià)格低及耐沖擊加速度高的特點(diǎn)，使許多常規(guī)戰(zhàn)術(shù)武器裝備慣性測(cè)量裝置的應(yīng)用成為可能。如：智能炮彈、短程戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、精確制導(dǎo)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(lǐng)域、艦船測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域、汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)領(lǐng)

2、域、工業(yè)測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域、橋路建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域、地質(zhì)勘探技術(shù)領(lǐng)域等都得到了廣泛的應(yīng)用。例如，小型飛行器的制導(dǎo)、穩(wěn)定系統(tǒng)，無人機(jī)的航姿系統(tǒng)及航模的自動(dòng)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(jī)器人、攝像機(jī)、航空攝影、地震監(jiān)測(cè)、醫(yī)用器械、體育器械、氣象觀測(cè)、電視轉(zhuǎn)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(jì)。線加速度計(jì)是指將受控或被測(cè)對(duì)象沿某一直線方向的運(yùn)動(dòng)加速度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或其它形式信號(hào)

3、的裝置。所有加速度計(jì)的工作原理都可以用牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律描述。敏感質(zhì)量體是加速度檢測(cè)中的關(guān)鍵部件，一個(gè)質(zhì)量塊被加速時(shí)，就存在一個(gè)正比于加速度作用的力，通過測(cè)量該力即可檢測(cè)到加速度。線加速度計(jì)經(jīng)過數(shù)十年的持續(xù)發(fā)展已經(jīng)變得更精確、更廉價(jià)、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(jì)的主要發(fā)展方向。而且由于電子技術(shù)的大幅度發(fā)展，通過使用數(shù)字電子電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)可以使得線加速度計(jì)變得更簡(jiǎn)單。線加速度計(jì)又可分為機(jī)械式線加

4、速度計(jì)；撓性線加速度計(jì)；MEMS硅﹑石英線加速度計(jì)（含壓阻﹑壓電線加速度計(jì)）；石英撓性線加速度計(jì)等。具體來說，由發(fā)展時(shí)間的先后依次是：三、四十年代的擺式積分陀螺加速度計(jì)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(gòu)成惠斯通電橋，U為穩(wěn)壓的直流電源電壓，e為與被測(cè)加速度成正比的輸出信號(hào)電壓；外殼?（與底座?固定連接）內(nèi)充滿阻尼油?；?是裝在?上的塑料泡沫阻尼器。加速度計(jì)的工作原理是依據(jù)牛頓第二定律建立的，即質(zhì)量塊在加速度作

5、用下將產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)的慣性力。如圖?中的敏感結(jié)構(gòu)（質(zhì)量塊m)可將這個(gè)慣性力轉(zhuǎn)換成一個(gè)與之相應(yīng)的應(yīng)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(jìn)一步引起輸出信號(hào)電壓e的變化，如此便可利用壓阻應(yīng)變計(jì)將這一變形檢出，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)外界線加速度的測(cè)量。3理論分析理論分析3.1懸臂梁結(jié)構(gòu)分析圖2為敏感結(jié)構(gòu)示意圖，、、和、、分別為梁和質(zhì)量塊的長(zhǎng)、1a1b1h2a2b2h高和寬，質(zhì)量塊的質(zhì)量為m。當(dāng)芯片以加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊產(chǎn)生的慣性力za為