加速度傳感器的動作測量原理與基本構成

2020-11-29 電子發燒友

加速度傳感器的動作測量原理與基本構成

發表於 2019-04-03 11:24:32

加速度測量的原理十分簡單並且相當可靠，其理論基礎為與慣性質量有關的牛頓第二定律。

加速度傳感器元件的基本構成包括主體、彈簧和慣性質體。當傳感器主體的速度發生變化時，會產生隨著速度變化而變化的力，該力將通過彈簧被施加於慣性質體上。具體來說，首先該力使彈簧發生彎曲，然後元件主體與慣性質體的距離會與加速度成比例地發生變化。

傳感器的工作原理會根據主體與慣性質體相對移動的檢測方式的不同而有所差異。電容式傳感器，主體與慣性質體是相互絕緣的，通過測量電容來檢測加速度。當主體與慣性質體之間的距離減小時，電容就會增加，電流會向傳感器的信號處理IC流動。距離增加時，情況則會相反。傳感器可將主體的加速度轉化為電流、電荷、電壓三者之一從而進行測量。

核心技術，傳感器可通過微小的電容變化來進行相關測量，該模式特別適合被用於檢測傳感器的細微運動，且性能卓越。加速度傳感元件是以單晶矽和玻璃為材料製成的，因此傳感器產品可輕鬆應對使用時間和溫度變化帶來的各種挑戰，具有出色的可靠性和穩定性以及前所未有精度。

量程1g的傳感元件能夠承受超過50,000g標準的加速度 (1g=地球引力所產生的重力加速度) 。電容式的傳感元件不僅能夠測量正負兩個方向的加速度，還能檢測靜止加速度和振動。

Low-G加速度傳感器和傾斜傳感器的核心部分，是兩個位置對稱的以體型微加工技術製成的具有電容特性的加速度傳感器元件。對稱的結構不僅減小了溫度依賴性和它軸靈敏度，還提升了線性。密封性是通過以陽極接合的方式使晶元相互接合來實現的。

因此，傳感元件的封裝變得更容易，可靠性也更好，同時傳感器內阻尼氣體的使用也成為可能。

3軸檢測 

3軸加速度傳感器的設計理念是始終沿襲使用1軸加速度傳感器的方式。3軸加速度傳感器元件所用到的技術包括由1軸加速度傳感器發展而來的技術，Bulk MEMS工藝以及電容檢測結構等。

傳感器元件元件內部有多個質量塊，這些通過分散MEMS技術加工出的質量塊被晶元表面周圍的扭轉彈簧支撐著。與表面MEMS工藝相比，厚度和重量都更大，從而可以實現高靈敏度和低噪音。

最終的檢測結果由將多個質量塊的檢測結果矢量疊加得到的。質量塊的上下兩側具有電容檢測的功能。當質量塊被施加一個加速度時，通過扭轉彈簧的作用，質量塊會向旋轉方向運動，從而質量塊上下兩側的電容會隨之發生變化。

多個質量塊的矢量組成通過內部的ASIC進行合成計算，就能輸出傳感器X,Y,Z三個方向的加速度。根據計算結果就能夠實現3軸的高精度線性響應。

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