MEMS微加速度計的設計與性能控制(三)

圖5  彈簧結構示意圖

              （7）
其中,E是楊氏模量，h是彈片的厚度，w是彈片的寬度，l是彈簧結構的長度。為了得到穩定的感應器參數，彈簧的勁度系數必須嚴格控制。根據上面的公式我們可以看出彈簧的勁度系數正比于彈片寬度的三次方，故這正是控制勁度系數的關鍵。因此，應盡量保持彈片的寬度各處均勻。
4.2  阻尼因子的控制
 對于阻尼器，一般有兩種模式，第一種是結構阻尼，是由結構層之間的摩擦產生的；第二種是空氣粘滯阻尼，是由大氣壓力產生的，它比第一種模式的阻尼能力強得多。一般采用第一種模式；這種結構的阻尼因子一般是由實驗確定的：
 （8）
其中μ是空氣的有效粘滯系數，t是可動臂的梳指厚度，d是梳指間的間隙寬度，l是梳指長度。在大氣壓強為760torr，溫度為293K的環境下，粘滯系數為1.5610-5kg/m.s。如果圖1的基本單元數為28，則可以計算得相應的阻尼因子為2.710-6kg/s。經過上面的分析，我們可以通過改變梳指的尺寸和間隙的大小來控制阻尼因子，從而達到實際應用要求。
4.3   靈敏度的控制
 感應器的靈敏度是微加速度計中的關鍵性的技術指標，它是這樣來定義的，即用輸出電壓與輸入加速度的比值，見下式：
   （9）
其中CP是寄生電容（見圖1）。由上式可得，要提高靈敏度，必須增大質量塊的質量和調制電容，或者減小彈簧勁度系數、梳指間距、以及寄生電容與感應電容的比值。既然m與d是由加工工藝決定的，只能通過調整k與Vm，才能有效地提高靈敏度。另外，由圖5還可以看到，通過增加彈簧構造中彎折部分的個數也可以來減小k。
五  結論
 本文對MEMS電容式微加速度計的結構和工作原理進行了分析，簡單地給出了其制造工藝流程，分析了影響加速度計性能的各種因素，給出了幾種主要技術指標的設計要點。通過這些工作，可得到以下結論：
電容式結構簡單，靈敏度高，便于制造；
彈簧的勁度系數與彈片的材料、尺寸以及彎折狀況有關；與彈片的寬度呈立方關系；
阻尼因子與梳指狀可動臂的厚度呈立方關系；
加速度計的靈敏度不僅與質量塊的質量、彈簧的勁度系數、梳指的間距有關，而且也與工作狀態（輸入電壓）有關。
六  見習感受
 就在這個不平常的暑假，我們軍政學者二十四人在校黨委副書記李恒斌、學生處處長劉宏等領導的帶領下，來到了仰慕已久的古城西安，為期三天的見習生活就這樣拉開了序幕。
 首先，我們有幸目睹了航天九院七七一研究所（驪山微電子公司）的容顏，在此，大型的集成電路板，鉻板生產線深深的吸引了我，特別是在生產線周圍忙忙碌碌的工作人員的那種默默無聞、無私奉獻的敬業精神。生產車間的現代話氣息以及研究人員的工作環境使我的心靈受到了永久的震撼，久久不能忘懷。為此，這將激勵我更加奮發圖強，學成一身本領，在這樣充滿高科技氣息的環境下施展才華、報效祖國。
 參觀之后的座談會上，雙方領導發表了熱情洋溢而又有實際意義的講話后，我們和校友進行了緊密交往，在交談中，我不僅受到了親切的鼓勵，而且了解到了研究所取得的令世人贊嘆不已的可喜成就，且不提公司是“五一”獎章獲得者，成功地發射了一百五十四次火箭，在全國八個第一的好成績，就足以讓同行汗顏，讓國人拍手叫絕。
我們參觀的第二站西北核物理研究所，這一研究所呈現出與前者不同的景象，其中西安脈沖反應堆的運轉，爆炸力學研究室的工作情況，閃光二號加速器的近況是我們參觀重點，再一次體會了高科技成果的神奇力量，同時也認識到了學習書本知識和實踐結合的重要性，座談會上校領導提出了向校友學習，解放思想，積極創新，開拓進取的口號。

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