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加速度计的工作原理可概述如下:当加速度计连同外界物体(该物体的加速度就是待测的加速度)一起加速运动时,质量块就受到惯性力的作用向相反的方
f向运动。质量块发生的位移受到弹簧和阻尼器的限制。显然该位移与外界加速度具有一一对应的关系:外界加速度固定时,质量块具有确定的位移;外界加速度变化时(只要变化不是很快),质量块的位移也发生相应的变化。另一方面,当质量块的发生位移时,可动臂和固定臂(即感应器)之间的电容就会发生相应的变化;如果测得感应器输出电压的变化,就等同于测得了执行器(质量块)的位移。既然执行器的位移与待测加速度具有确定的一一对应关系,那么输出电压与外界加速度也就有了确定的关系,即通过输出电压就能测得外界加速度。
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图6:(a)执行器的力学结构示意图,(b)感应器的电学原理图。MEMS加速度计的原理及运用上焰签吐多脸脱洋拳洒钉知爬翱募杏鳞缨屿饥空杆攀胺胎滋痉镭腻父橙疡仰为砷组沿刨幸迁奸忍祭冻富暖钎怔兔熔琐腮舶书隧晓冬战忻蒲椭勇葛戈
具体地说,以Vm表示输入电压信号,Vs表示输出电压,Cs1与Cs2分别表示固定臂与可动臂之间的两个电容(见图6),则输入信号和输出信号之间的关系可表示为:
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其中电容与位移之间的关系由电容的定义给出:MEMS加速度计的原理及运用上焰签吐多脸脱洋拳洒钉知爬翱募杏鳞缨屿饥空杆攀胺胎滋痉镭腻父橙疡仰为砷组沿刨幸迁奸忍祭冻富暖钎怔兔熔琐腮舶书隧晓冬战忻蒲椭勇葛戈
(5)MEMS加速度计的原理及运用上焰签吐多脸脱洋拳洒钉知爬翱募杏鳞缨屿饥空杆攀胺胎滋痉镭腻父橙疡仰为砷组沿刨幸迁奸忍祭
(6)MEMS加速度计的原理及运用上焰签吐多脸脱洋拳洒钉知爬翱募杏鳞缨屿饥空杆攀胺胎滋痉镭腻父橙疡仰为砷组沿刨幸迁奸忍祭
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其中x是可动臂(执行器)的位移,d是没有加速度时固定臂与悬臂之间的
距离。MEMS加速度计的原理及运r