電容式加速度傳感器的優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、加速度傳感器作為最重要的力學量傳感器之一，從誕生之日起就受到人們的廣泛關(guān)注。其中，電容式加速度傳感器因具有較高的靈敏度和測量精度、良好的穩(wěn)定性、較小的溫度漂移、極低的功耗等優(yōu)點因而被廣泛應(yīng)用于汽車電子，航空航天等領(lǐng)域。同時，電容式加速度傳感器卻也因其特殊的結(jié)構(gòu)導致其具有工作帶寬窄、信號處理電路復雜、寄生電容與檢測電容處于同一量級等缺點，因此，在保證其具有良好的穩(wěn)定性等優(yōu)點的同時，對原有的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，提高被測量與輸出量之間的線性度以

2、提高其測量精度，也是電容式加速度傳感器重要的研究課題。
　　本文基于電容式加速度傳感器的測量原理，對差分型電容式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)模型進行了數(shù)學推導，得出此種結(jié)構(gòu)的傳感器可完成一維方向上加速和減速兩個過程測量，并能將測量精度提高一倍。接著，應(yīng)用Ansys有限元仿真軟件，在二維平面空間內(nèi)，完成單臂梁結(jié)構(gòu)的電容式加速度傳感器模型的實體建模，并對該初始模型結(jié)構(gòu)做了靜態(tài)分析，得到差分電容的變化與引起結(jié)構(gòu)形變的靜態(tài)力之間的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)靜電

3、場作用下電勢的等值分布圖，得出該初始模型的結(jié)構(gòu)需要進行優(yōu)化的部分。在對該平面結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化后，通過優(yōu)化前后靜電場作用下的等電勢分布圖對優(yōu)化結(jié)果進行評估分析，邊緣效應(yīng)明顯減弱;通過對其優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)做靜態(tài)分析，通過對比優(yōu)化前后差分電容與靜態(tài)力之間的函數(shù)關(guān)系可知，對該傳感器模型進行優(yōu)化處理后，被測量與輸出量之間的線性度有所提高，但不明顯。以二維平面結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果為基礎(chǔ)，仍采用Ansys有限元仿真分析軟件，將單臂梁結(jié)構(gòu)的差分型電容式加速度傳感器進