SRA硅微谐振式加速度计非线性振动特性研究(2)
4.2.2 Ka 计算公式推导 28
4.2.2 仿真验证 Ka 计算结果 . 28
4.2.3 Ka 计算公式简化 31
4 ． 3 本章小结 32
5 非线性振动实验 . 32本科毕业设计说明书（论文） 第 II 页 共 II 页
5.1 驱动电压与振幅 32
5.2 开环电压与频率实验 34
5 ． 3 本章小结 36
结 论 . 37
致 谢 . 38
参 考 文 献 . 39
1 1 1 1 引言引言引言引言
1 1 1 1 ． ． ． ． 1 1 1 1 谐振式加速度计 谐振式加速度计 谐振式加速度计 谐振式加速度计
硅微谐振式加速度计 ( Silicon Resonant Accelerometer , 简称 SRA) 是基于微电子
机械技术 （ MEMS ） 工艺基础与惯性技术结合发展起来的惯性传感器之一 ， 其结构尺寸
在微米量级 ， 在航空航天 、 汽车电子及工业检测等领域都有着广泛应用 。 对于 微机械
加速度计的研究 ， 开 始于 二十 世纪 70 年代初 期 ， 主要工作模式 包括 谐振式 、 电容式 、
压电式 、 力平衡式 、 热对流式 、 压阻式和隧道电流式等多种形式 。 目前对于微机械加
速度计的研究方向主要集中于高精度 、 多轴集成和数字化输出等方面 ， 并逐渐向高精
度和低功耗方向发展 [ 1 ]
，主要使用光刻、腐蚀等以集成电路工艺为基础的硅微机械加
工技术以及表面微加工和体微加工工艺 [ 2 ]
。
在 SRA 研制方面 ， 美国 Draper 实验室目前处于国际领先地位 ， 其 将微机械加速
度计主要应用于战术导弹，对稳定性要求较高 [3]
, 据报道， Draper 实验室正在开发 的
SRA ，在实验室测试条件下，其零偏稳定性可达 1 μ g ，标度因数稳定性可达 1ppm ， 能
够满足精确导航制导的要求。 图 1.1 所示为 Draper 实验室研制的平面内 SRA 振梁结
构局部放大图和整表示意图 。 该加速度计采用差分结构形式 ， 利用反应离子刻蚀 (RIE)
技术、硅玻璃键合 (SOG) 等工艺制备而成 。
a) 局部放大图 b) 整表结构图
图 1.1 Draper 实验室研制的 SRA
美 国 Californi a 大 学 Berkele y 分校研究者 于 199 7 年采用表面微机械加工工艺 ，
在加速度计中使用微杠杆力放大装置制成了双端固定音叉谐振式加速度计 [2]
。 Sandi a
国家实验室利用 Summit 工艺制造双端音叉加速度传感器，实现了微机械结构和处理
电路的集成 [4]
。
国内对于 SRA 的研究 在 近年来处于蓬勃发展 的 时期， 多家研究机构正在致力于
这方面的研究 ， 取得 了许多 成果 ， 并且 发展前景 广阔 。 但由于受限于国内研究水平 和
MEMS 加工工艺水平 ， 与国外还存在一定差距 ， 目前多处于实验室样机阶段 ， 距离产品
化还有一定距离 [5]
。
北京航空航天大学近年来先后发表了多篇关于 SRA 的文章和专利 ，其设计结构
采用具有杠杆放大机构的音叉梁作为谐振器，使用梳齿结构进行静电激励和电容检
测，其仿真谐振频率 99 k Hz ， Q 值为 674 ，灵敏度 25Hz/g ； 北京大学微电子研究所给
出了 双端固定音叉 (DETF) 结构的设计准则 ， 其设计的基于 DETF 的 SRA ， 已完成独立流
片并能谐振工作 ，在交流激励电压作用下，其 固有 谐振频率约为 25 k Hz ， 样机测试灵
敏度为 2 7 Hz/g ； 清华大学偏重于谐振梁式微机械加速度计的高精度机理 的 研究 ， 在谐
振器 、 微杠杆系统方面都发表过多篇文章 ， 并制定了比较系统的加速度计 的 性能测试
方案。
诸如此类，国内外很多国家都积极投入研究，并不断取得技术上的突破和应用
上的拓展。
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