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嵌入可動電極的微慣性傳感器的設(shè)計

MEMS電容式微慣性傳感器因其具有尺寸小、靈敏度高、穩(wěn)定性好、溫度漂移小、功耗低、很好的工作在力平衡模式下等等優(yōu)點，在軍事、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、消費電子、慣性導(dǎo)航等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 本首先分析了電容式微慣性傳感器的測量控制原理和系統(tǒng)動態(tài)模型，并在此基礎(chǔ)上通過三個方面設(shè)計出新型嵌入橫向可動電極的微慣性傳感器，分別是：支撐梁結(jié)構(gòu)、微執(zhí)行器結(jié)構(gòu)和檢測電容結(jié)構(gòu)。通過分別對以上三方面不同結(jié)構(gòu)模型的分析對比，在傳感器設(shè)計中選用U形梁結(jié)構(gòu)作為傳感器的支撐梁，電磁執(zhí)行器作為驅(qū)動力，梳柵結(jié)構(gòu)作為檢測電容結(jié)構(gòu)。

其中為了克服深反應(yīng)離子刻蝕關(guān)于深寬比不能做大的限制和降低噪聲，詳細(xì)介紹了電磁驅(qū)動增大傳感器初始檢測電容的工作原理，通過嵌入可動電極和電磁驅(qū)動作用減小電容間隙，結(jié)果表明，電磁驅(qū)動使得傳感器的電容間隙減小4μm，初始檢測電容由1.28pf增大到6.4pf。 根據(jù)以上理論分析和參數(shù)設(shè)計，給出了新型電容式微慣性傳感器的整體結(jié)構(gòu)模型，并利用有限元軟件Ansys進(jìn)行。結(jié)果表明所設(shè)計的傳感器在非敏感方向上梁的剛度較大，軸向交叉效應(yīng)得到了有效抑制；傳感器的靜態(tài)位移靈敏度為0.659μm/g，施加電磁驅(qū)動前后的電容靈敏度分別為0.15pf/g和0.192pf/g，增大為原來的1.28倍；同時應(yīng)力分析結(jié)果表明，傳感器能夠抵擋1000g的加速度信號的沖擊而不被損壞。之后利用電磁分析軟件ANSOFT-Maxwell分析了邊緣效應(yīng)對傳感器性能的影響，表明小尺寸的傳感器電容的邊緣效應(yīng)不可忽略。

不同類型接近傳感器的工作原理

電容式接近傳感器的工作原理：電容式接近傳感器由高頻振蕩器和放大器等組成，由傳感器的檢測面與大地間構(gòu)成一個電容器，參與振蕩回路工作，起始處于振蕩狀態(tài)。當(dāng)物體接近傳感器檢測面時，回路的電容量發(fā)生變化，使高頻振蕩器振蕩。振蕩與停振這二種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電信號經(jīng)放大器轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制的開關(guān)信號。

電感式接近傳感器的工作原理：電感式接近傳感器由高頻振蕩、檢波、放大、觸發(fā)及輸出電路等組成。振蕩器在傳感器檢測面產(chǎn)生一個交變電磁場，當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測面時，金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以至停振。振蕩器的振蕩及停振這二種狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為電信號通過放大轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)信號，經(jīng)功率放大后輸出。

高頻振蕩型接近傳感器的工作原理：由LC高頻振蕩器和放大處理器電路組成，當(dāng)金屬物體接近振蕩感應(yīng)頭時會產(chǎn)生渦流，使接近傳感器振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。所有金屬型傳感器的工作原理：所有金屬型傳感器基本上屬于高頻振蕩型。和普通型一樣，它也有一個振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流在目標(biāo)物內(nèi)流動引起的能量損失影響到振蕩頻率。目標(biāo)物接近傳感器時，不論目標(biāo)物金屬種類如何，振蕩頻率都會提高。傳感器檢測到這個變化并輸出檢測信號。

有色金屬型傳感器的工作原理：有色金屬傳感器基本上屬于高頻振蕩型。它有一個振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流在目標(biāo)物內(nèi)流動引起的能量損失影響到振蕩頻率的變化。當(dāng)鋁或銅之類的有色金屬目標(biāo)物接近傳感器時，振蕩頻率；當(dāng)鐵一類的黑色金屬目標(biāo)物接近傳感器時，振蕩頻率降低。如果振蕩頻率高于參考頻率，傳感器輸出信號。

傳感器通常由哪幾部分組成？

傳感器是一種以一定的度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的,便于應(yīng)用的某種物理量 的測量裝置.傳感器的功用是：

一感二傳.組成：傳感器一般是由抄敏感元件、傳感元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成

敏感元件：直接可以感受被測量的變化,并輸出與被測量成確定關(guān)系的元件

轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是轉(zhuǎn)換元件的輸入,它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量

基本轉(zhuǎn)換電路：上述的電路參量進(jìn)入基本轉(zhuǎn)換電路中,就可以轉(zhuǎn)換成電量輸出.傳感器只完成被測參數(shù)到電量的基本轉(zhuǎn)換。

拓展資料：

傳感器實際上是一種功能塊，其作用是將來自外界的各種信號轉(zhuǎn)換成電信號。傳感器所檢測的信號近來顯著地增加，因而其百品種也極其繁多。

為了對各種各樣的信號進(jìn)行檢測、控制，就必須獲得盡量簡單易于處理的信號，這樣的要求只有電信號能夠滿足。電信號能較容易地進(jìn)行放大、反饋、濾波、微分、存貯、遠(yuǎn)距離操作等。因此作為度一種功能塊的傳感器可狹義的定義為：“將外界的輸入信號變換為電信號的一類元件。