基于ON/OFF灵敏度开关的自校准——共振加速度计的可行性研究

本研究提供了一种新型MEMS差分共振加速度计架构的理论可行性研究，采用可开关和可调节的电静传感器，将惯性力从质量块传递到振动探测梁。相同梁体用于惯性力的探测，同时当传感器关闭时用于器件的校准。因此，关闭状态下的梁响应受到与打开状态相同的影响因素（温度、电子器件、封装），唯一不同的是惯性力。这一独特的能力使惯性力从探测元件中物理性地断开，为新的信号处理方案开辟了可能性，包括灵敏度调谐、零偏差校正和器件的即时自校准。该器件包括一个质量块（PM）和两个力传递框架，通过悬挂弹簧固定在基板上，使得PM与框架之间不存在直接的机械连接。两个相同尺寸的探测梁分别固定在框架和基板的末端。当通过在PM和框架之间施加电压开启电静传感器时，力从PM通过框架传递到梁。由于加速度导致的位移引起的电场扰动，会导致梁轴向力的变化，从而导致其共振频率的变化，从而实现器件的加速度检测。此外，控制电压的变化会调节输入信号的传递，从而调节传感器的灵敏度和动态范围。针对该通用器件构建了解析模型，并通过有限元分析进行验证。该器件的可调性以及对灵敏度热效应的补偿均通过模型演示。