孔缝双桥结构高性能压阻式加速度传感器.pdfVIP

学兔兔 第49卷第6期 机 械 工 程 学 报 Vo1．49 N0．6 2013年 3 月 JOURNALOFMECHANICALENGINEERING M ra． 2O13 DoI： 1O．3901／JME．2013．O6．198 孑L缝双桥结构高性能压阻式加速度传感器术 赵玉龙 刘 岩 孙 禄 蒋庄德 ． f西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 西安 710049) 摘要：针对装备智能化与监测系统无线化发展对振动传感器的要求，基于微机电系统和应力集中技术，提出并研制一种具有 孔缝双桥结构的高灵敏度、高固有频率的压阻式微型加速度传感器。结合理论分析与数值计算方法，分析该结构的特性，通 过研究孔缝尺寸对传感器性能的影响确定传感器敏感结构尺寸。传感器芯片采用微细加工工艺制作，并在简单的封装之后进 行静态、动态性能测试。试验结果表明，孔缝双桥结构加速度传感器在 3V供电电压下，灵敏度可达到0．424mV／g，相对传 统双桥结构提高了60％以上，而测得的固有频率相对于传统双桥结构仅略有下降，仍在 10kHz以上。孔缝双桥结构加速度 计通过引入应力集中孔缝，以较小的固有频率损失，明显提高了传感器的测量灵敏度，具有更为优 良的综合性能。 关键词：孔缝双桥结构 加速度传感器 压阻式 微机电系统 中图分类号：TP212 High—performancePiezoresistiveAccelerometerwith SlottedQuad-beamStructure ZHAOYulong LIU Yan SUN Lu JIANG Zhuangde (StateKeyLaboratoryforManufacturingSystemsEngineering，Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049) Abstract：Combining thedevelopmentrequirementsofintelligentequipmentand wirelessdetection system，apiezoresistive microaccelerometerwiht high sensitivity and resonantfrequency ispresented based on micro-e·lectro--mechna icalsystem (MEMS)technologyandstressconcentration．Theoreticalmodelingnadnumericalcalculationareperformedtospecifyitsstructure praameters．Sensorchipsraefabricatedbymicromachiningtechniquena dtestedtochraacterizeitsstaticanddynamicproperties． Experimenatlresultsshow thathtesensitiviyt ofslottedquad—bema structureaccelerometerisashighas0．424mV／gwitlla3V powersupply．Compraedwithhtetraditionalquad-bema structuresensor,anincreaseofsensitiviytby60％ isobtained，withaslight decreaseofnaturalrfequencywhichisstillhihgerhtna 10kHz．Theintroductionofstressconcenrtationslotsintoquadbeam