多轴微加速度传感器的进展

　　0　引　言

　　微加速度传感器是微型惯性组合测量系统的核心器件,其研究与开发始于20世纪80年代初,是继微压力传感器之后第二个进入市场的微机械传感器。

　　单轴微加速度传感器的技术比较成熟,美国AD公司、加州大学Berkeley分校(UCB)、Draper实验室、加州理工学院喷气推进实验室(JPL);德国LITEF公司、Karlsruhe微结构技术研究所;日本日立公司;瑞士Neuchatel大学;国内清华大学、北京大学、东南大学、哈尔滨工业大学、重庆大学、中北大学等都相继开展了各种原理、结构的微加速度传感器的研究^[1]。就敏感机理而言,有文献报道的主要有压阻式、压电式、电容式、温敏式(热对流式)、真空微电子式、隧道式、光波导式、谐振式等形式^[2~4]。就产品而言,最成功的是美国AD公司的ADXL05和ADXL50系列单片集成差动电容式加速度传感器;其他如美国摩托罗拉公司的汽车用MMAS40G电容式加速度传感器;美国EG&G IC传感器公司的3255, 3000系列压阻式加速度传感器^[5];德国Ger-man System House Mi AR GmbH、芬兰VTIHamlinOy和奥地利AustriaMikro System InternationalAG合作为欧洲市场开发的电容式加速度传感器AS8310^[1]。

　　目前,国内文献中关于多轴微加速度传感器的报道较少;对于一体化结构的多轴微加速度传感器,国外的研究历史也不长。基于此,本文通过介绍多轴微加速度传感器的典型实例,评述了近年来该领域的进展,并就其未来的发展作了展望。

　　1　多轴微加速度传感器的基本实现途径

　　多轴微加速度传感器是能够同时测量相互正交的多个轴向加速度的微型装置。

　　现有的微型双/三轴加速度传感器从结构组成上可以分为两类^[1]:一类是在同一硅片上实现敏感2个/3个轴向的加速度,最简单的做法是在同一基片上制作2个/3个独立的敏感元结构,再配以相应的检测电路;另一类是将2只/3只单自由度加速度传感器正交放置,再封装在一起,这实际上仅仅是微型双轴加速度传感器组合模块。当然,也有采用一个敏感元结构实现对加速度矢量测量的多轴微加速度传感器^[6~9],这种传感器需要重点解决各个轴之间的交叉耦合。

　　2　多轴微加速度传感器的典型实例

　　2.1　微型双轴加速度传感器

　　微型双轴加速度传感器是能够同时测量相互正交的2个轴向加速度的微型装置。

　　美国AD公司研制的ADXL2××系列双轴加速度传感器^{[6, 10],}是在一块IC芯片上集成了双轴加速度敏感元件、信号调理和脉宽调制信号输出电路。其中,ADXL202是采用一个微结构敏感2个方向的加速度,其结构要点之一是采用了蛇形梁;ADXL250是在同一基片上制作了2个正交放置的敏感元结构及各自独立的电容检测电路。