力平衡式三軸微機械加速度計的研究與設計.pdf

1、基于MEMS技術的微機械加速度計，與傳統(tǒng)的加速度計相比，具有許多獨特的優(yōu)勢和廣闊的應用前景。本文以三軸力平衡閉環(huán)微加速度計為研究對象，對其結(jié)構和加工工藝進行研究和設計，具體包括以下幾方面： 1.對微加速度計的基礎理論和檢測原理進行了系統(tǒng)的研究。 2.根據(jù)設計任務和性能指標要求，確定微加速度計的總體設計方案，并建立了參數(shù)化的結(jié)構模型。在檢測原理上，微加速度計采用全差分電容檢測和靜電力閉環(huán)系統(tǒng)，叉指電容與平板電容相結(jié)合，共同

2、實現(xiàn)對三個正交檢測軸向線加速度的檢測。在結(jié)構上，加速度計采用玻璃-硅-玻璃“三明治”式總體結(jié)構，利用單一檢測質(zhì)量實現(xiàn)單芯片三軸集成。采用動指和靜指不等厚度的叉指電容結(jié)構，有利于改善XOY平面內(nèi)敏感軸的靈敏度。在檢測質(zhì)量上刻蝕阻尼孔陣列，能夠改善加速度計系統(tǒng)的動態(tài)性能。 3.根據(jù)力平衡式三軸微加速度計結(jié)構模型，對靈敏度、分辨率、工作量程等重要的加速度計特性進行分析和計算，并進一步探討了加速度計三軸靈敏度一致性優(yōu)化條件、敏感軸交叉耦

3、合的優(yōu)化條件以及加速度計系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件。 4.有限元分析。利用ANSYS軟件對微加速度計結(jié)構進行模態(tài)分析、靜力分析、熱分析以及靜電-結(jié)構耦合分析，根據(jù)有限元分析結(jié)果，對結(jié)構參數(shù)進行調(diào)整，實現(xiàn)優(yōu)化設計。 5.加工工藝的研究與設計。結(jié)合加速度計結(jié)構特點和性能指標要求，采用體微細加工技術，制定相應的工藝流程。整個工藝流程主要包括硅片工藝、玻璃工藝、組合工藝以及深度刻蝕與結(jié)構釋放工藝四部分。采用ICP深刻蝕技術可以獲得大厚度的