内端固定三轴梳齿电容式加速度计.pdf

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1、2012年仪表技术与传感器20l2第7期InstrumentTechniqueandSensorNO．7内端固定三轴梳齿电容式加速度计刘凤丽，于家锟，郝永平(沈阳理工大学CAD／CAM技术研究与开发中心，辽宁沈阳110159)摘要：基于多轴加速度计的构成方式，提出了一种新型的三轴向梳齿式电容加速度计。内部支撑梁与外部可动电极相连接的结构，在体积相同的条件下，增加了输出电容；采用完全对称结构，支撑梁与电极板等厚，增加稳定性的同时提高了抗过载能力；完全对称的梳齿分布，避免了水平向加速度的相互干扰；可动齿与不动齿的不对称结构，避免了水平向对z轴向的干扰。利用MEMS专业

2、有限元软件ConventorWare对其进行静态分析、抗过载分析和模态分析，此加速度计在满量程状态下能安全工作，工作频率为94．1kHz．关键词：电容；加速度计；三轴；ConventorWare中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2012)07—0018—03InternalFixedThreeAxisCombCapacitiveAccelerometerLIUFeng—li，YUJia-kun，HAOYong—ping(R&DCenterofCAD／CAMTechnology，ShengyangLigongUniversity，Sh

3、enyang110159，China)Abstract：Basedonthecompositionofmulti—axisaccelerometer，anewtypeofthree—axiscomb—typecapacitiveaccelerometerwasproposed．Internalandexternalsupportbeamthatconnectedtothemovableelectrodestructurecanincreaseoutputcapacitancewhentheyarethesamevolume．Whenthesupportbeaman

4、dtheelectrodeplatearethesamethickandhaveacompletelysymmet—ficalstructure，itcanimproveitsresistancetooverloadandincreasestability．Thecompletelysymmetricalcombdistributioncana—voidthelevelaccelerationtomutualinterference．TheasymmetryofmovingcombandfixingcombstructurecanavoidthelevelofZa

5、xistointerference．ItusedMEMSprofessionalfiniteelementsoftwareConventorWaretoanalyzethestatic，theoverloadresistanceandthemodal，theaccelerometercanworksecurelyinfull—scalestateanditsoperating~equencyis94．1kHz．Keywords：capacitive；accelerometer；triaxial；conventorware0引言该加速度计的结构特点：MEMS正处于发

6、展时期，电容式微机械加速度计灵敏度(1)采用完全对称结构，折叠梁与可动电极板等厚，使结构高、温度漂移小、稳定性好、抗过载能力强、便于自检、易于实现更加稳定的同时提高了其抗过载能力。低成本的高精度测量，是目前微机械加速度计设计的主(2)采用内端固定，外端可动电极板和梳齿的结构，在相同流¨J。文中提出了一种采用内部支撑梁与外部可动电极相体积的条件下，增加了可动电极板的面积，提高了输出电容的连接，完全对称结构的新型梳齿式电容加速度计。大小。1加速度计的结构设计(3)采用的是折叠梁结构，有利于提高纵向灵敏度，降低横1．1整体设计向灵敏度。设计的三轴梳齿电容式加速度计由可动

7、电极板，固定电极1．2电容与交叉干扰设计板，4组支撑梁和均匀分布在可动极板四周的4组梳齿组成，如文中所设计的加速度计，在、Y方向采用梳齿阵列电容结图1所示。构，在方向采用平板电容结构。其中不动齿连接在锚区上，动齿与可动极板相连。当质量块在惯性力的作用发生微小位移，动齿在两不动齿之间运动，从而引起差分电容变化。加速度计可动电极板的电容分布如图2所示。折叠梁el2c丝可动梳齿固定横区固定梳齿图1加速度计实体模型豢急毒图2电容分布图收稿日期：2011—08—07收修改稿日期：2012—03—29第7期刘凤丽等：内端固定三轴梳齿电容式加速度计19当方向有加速度变化时，c．

8、+Cl2与