基于MEMS的传感器技术报告.pptx

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1、基于MEMS的三维传感器技术报告阳光体育运动项目小组主要内容MEMS技术简介三维加速度传感器三轴陀螺仪传感器磁力计传感器多传感器运用及数据融合MEMS是微机电系统（Micro-Electro-MechanicalSystems）的缩写。MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器

2、件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS技术MEMS技术基于MEMS技术的常见传感器：加速度传感器，陀螺仪传感器，磁力计传感器，话筒传感器，压力传感器。传感器主要由一些美国和亚洲公司开发，包括意法半导体(ST)、AnalogDevices公司(ADI)、惠普公司(HP)、德州仪器公司(TI)，以及Memsic公司。三维加速度传感器（Accelerometer）工作原理：加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出

3、产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。加速度传感器物理学分析质量块运动方程无阻尼固有频率拉氏变换得传递函数的幅值和相位分别为阻尼比品质因子传递函数幅值由图可见，为提高灵敏度，需要降低固有频率。降低固有频率有两个方案：降低刚度或增大质量。加速度传感器学物理学分析加速度传感器常见分类及区别压电式：利用压电效应，在其内部有一个刚体支撑的质量块，有运动的情况下质量块会产生压力，刚体产生应变，把加速度转变成电信号输出。由于刚体被支撑，其只能感应动态加速度，而不能感应静态加速度，比如重力加速度。容电式：容感式MEMS加速度

4、计内部也存在一个质量块，从单个单元来看，它是标准的平板电容器。加速度的变化带动活动质量块的移动从而改变平板电容两极的间距和正对面积，通过测量电容变化量来计算加速度。压电式容电式加速度传感器常见分类及区别热电式：热感式MEMS加速度计内部没有任何质量块，它的中央有一个加热体，周边是温度传感器，里面是密闭的气腔，工作时在加热体的作用下，气体在内部形成一个热气团，热气团的比重和周围的冷气是有差异的，通过惯性，热气团的移动形成的热场变化让感应器感应到加速度值。加速度传感器选型关键技术参数轴数(Axis):通常我们定义水平面为X和Y轴，垂直的为Z轴

5、。有些应用2轴就可以胜任，但有些应用需要用到3轴。满量程:满量程(FS)指的是器件可以测量到的最大加速度值，比如：±2g/±6g分辨率:分辨率(Dres)指的是可以检测到的最小加速度的变化值。数字器件的分辨率取决于内置AD转换的位数和满量程：比如有一个12位的ADC,满量程设置是±2g,这意味着整个测量范围从2g到-2g,即为4000mg,分辨率为Dres=4000mg/4096=1mg。灵敏度(So):指的是器件的增益,可以通过施加1g加速度在器件上测量输出值来取得。对于数字器件，灵敏度和分辨率有点类似：So=1024[LSb/g]或者

6、So=1mg/LSb0g偏差值(Voff):0g偏差值指的是当器件受到的加速度为0时,器件输出的加速度值。对于加速度传感器来说，0g偏差是非常重要的。这个值越小越好。对于数字器件：0g偏差值=±xmg(x越小越好,对于手持设备,80mg是可以接受的范围）加速度传感器选型关键技术参数灵敏度温度系数(TCSO):指的是灵敏度对温度的稳定性,表示为:Tcso=±0.01%/ºC数字器件:So=1mg/LSb相对于室温25ºC最大的温度差=25º-(-20ºC)=45ºC温度对灵敏度最大的影响=±0.01%/ºC*45ºC*1mg/Lsb=±0.

7、0045mg/Lsb如果是±2g的满量程,温度对最终输出最大可能的影响=0.0045mg/Lsb*(2000mg/(1mg/Lsb))=9mg0g偏差值温度系数(TCoff):指的是0g输出对温度的稳定性,比如:±0.2mg/ºC。相对于室温25ºC最大的温度差=25º-(-20ºC)=45ºC温度最大可能的影响=±0.2mg/ºC*45ºC=±9mg抗冲击性:表明传感器能承受的最大加速度，只要器件受到的加速度在这个范围内,器件就不会出现机械结构损坏。加速度传感器的应用三轴陀螺仪传感器（Gyroscope）工作原理：高速旋转的刚体称为陀螺

8、，用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。陀螺仪传感器基本原理MEMS陀螺仪多数采用一种调