電容式加速度傳感器的優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、加速度傳感器作為最重要的力學(xué)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(cè)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(diǎn)因而被廣泛應(yīng)用于汽車電子，航空航天等領(lǐng)域。同時(shí)，電容式加速度傳感器卻也因其特殊的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其具有工作帶寬窄、信號(hào)處理電路復(fù)雜、寄生電容與檢測(cè)電容處于同一量級(jí)等缺點(diǎn)，因此，在保證其具有良好的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，對(duì)原有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高被測(cè)量與輸出量之間的線性度以

2、提高其測(cè)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(cè)量原理，對(duì)差分型電容式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)，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(gè)過(guò)程測(cè)量，并能將測(cè)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(shí)體建模，并對(duì)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(chǎng)作用下電勢(shì)的等值分布圖，得出該初始模型的結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行優(yōu)化的部分。在對(duì)該平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化后，通過(guò)優(yōu)化前后靜電場(chǎng)作用下的等電勢(shì)分布圖對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行評(píng)估分析，邊緣效應(yīng)明顯減弱;通過(guò)對(duì)其優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)做靜態(tài)分析，通過(guò)對(duì)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(duì)該傳感器模型進(jìn)行優(yōu)化處理后，被測(cè)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(jìn)