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成功提高了加速度计的灵敏度和降低了噪声
来源:赛斯维传感器网 发表于 2021/4/8

随着诸如智能手机之类的消费电子产品和社会基础设施监控应用的市场不断扩大,预计加速度计的需求将显着增加。这种小型化且可大量生产的加速度计通常是由硅mems技术开发的,其中制造工艺已得到很好的确立。


在加速度计的设计中,在尺寸减小和噪声减小之间要权衡取舍,因为由布朗噪声占主导的机械噪声与被称为检测质量的移动电极的质量成反比。此外,对于电容式加速度计,灵敏度通常与加速度计的尺寸成正比,因此在尺寸减小和灵敏度增加之间也要进行权衡。由于高分辨率加速度计要求低噪声和高灵敏度性能,因此传统的基于硅的mems加速度计很难检测到1μg电平的输入加速度。

图1.拟议的mems结构示意图(图)

低噪声,高灵敏度mems加速度计

由tokyo tech和ntt advanced technology corporation组成的研究小组先前已经提出了一种使用金材料将mems加速度计的证明质量尺寸缩小至不到十分之一的方法。在这项工作中,作为这项成就的扩展,他们将多层金属结构应用于检测质量和弹簧组件,并开发了一种低噪声,高灵敏度的mems加速度计。


如图1所示,他们通过使用多层金作为证明质量结构来增加单位面积的质量,从而降低了与证明质量成反比的布朗噪声。


此外,他们通过减少检测质量的翘曲来利用4毫米见方的芯片的整个面积,从而使他们能够提高加速度计的电容灵敏度。图2显示了开发的mems加速度计的芯片照片和扫描电子显微镜图像。


根据这些结果,与图3所示的相同尺寸的传统加速度计相比,开发的加速度计的灵敏度达到了一百倍或更高,噪声达到了十分之一或更低。加速度计将有可能检测到低至1μg的输入加速度。该制造过程利用半导体微制造过程和电镀,因此有可能在集成电路芯片上实现开发的mems结构。因此,所提出的技术对于提高用于通用的小型加速度计的分辨率将是有用的。


在所有物体上放置大量传感器的时代

实现超紧凑和高分辨率的加速度计将是各种运动传感应用中的突破。这种加速度计可应用于医疗技术,基础设施监控,超轻型机器人的高精度控制,移动车辆控制,无法使用gps的地方的导航系统以及需要超低加速度感测的空间环境测量。


在不久的将来,将出现在所有物体上放置大量传感器的时代,在这种情况下,将高分辨率加速度计小型化将非常重要,因为加速度计技术是运动感测的基础。


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