表面微加工技术在谐振加速度计中的应用与测试

"本文主要探讨了基于表面微加工技术的谐振加速度计的设计与测试，涉及集成表面微操作的传感器技术，特别是双端音叉（DETF）谐振器的应用。文章介绍了第一代和第二代加速度计的性能指标，并强调了谐振传感器在频率变化测量中的优势。ADI公司通过BiMEMS铸造工艺制作了原型，展示了表面微加工技术在制造高质量、低功耗传感器方面的潜力。" 本文着重介绍了一种基于表面微操作技术的谐振加速度计，这种传感器利用谐振频率的变化来检测加速度。加速度计的核心是双端音叉谐振器，它作为一个力传感器，能够通过杠杆机制将作用力从质量块传递并放大。第一代设备的双端音叉标称频率为175kHz，比例因子为2.4 Hz/g，而第二代设备的频率降低至68kHz，但比例因子提高到45 Hz/g，显示出更高的灵敏度。 谐振传感器的工作原理是，当被测物体的加速度改变时，传感器的谐振频率也会相应变化。由于其频率输出的特性，这类传感器非常适合与数字系统集成，便于数据处理。尽管基于体硅工艺的微机械共振传感器已有研究，但表面微机械加工技术的应用仍处于发展阶段。ADI公司的原型机采用BiMEMS（体微电子机械系统）工艺，证明了这种技术在实现谐振加速度计的可能性。 在机械设计部分，加速度计的质量块尺寸和音叉结构被详细描述。当加速度作用于设备时，质量块会移动并作用于两个双端音叉，导致它们的固有频率变化。这种设计允许通过监测频率变化来精确测量加速度。 图1展示了ADI公司制造的加速度计芯片模具的显微照片，包含了四个独立设备及静摩擦力实验的相关结构。图2则进一步揭示了加速度计的微观结构，包括多晶硅层的厚度、音叉齿的尺寸以及质量块的大小。 本文提供了关于基于表面微操作的谐振加速度计的深入见解，不仅探讨了设计策略和测试结果，还展示了这种技术在实现高性能、低功耗传感器方面的潜力。未来的研究可能会进一步优化这种传感器的性能，扩大其在各种领域的应用，如导航、地震监测、运动检测等。