1概论 1
1.1引言 1
1.2 微机械加速度计的应用前景 2
1.3 微机械加速度计的技术背景 4
1.4 国内外微机械加速度计发展历史及研究现状 7
2 微机械加速度计的类型 21
2.1 表面加工梳齿式电容加速度计 21
2.2 体硅加工梳齿式电容加速度计 24
2.3 “跷跷板”摆式电容加速度计 26
2.4 “三明治”摆式电容加速度计 27
2.5 LIGA加工高精度电容加速度计 28
2.6 隧道电流型加速度计 29
2.7 压阻式微机械加速度计 30
2.8 压电式微机械加速度计 30
2.9 微型热对流加速度计 31
2.10 微型双轴加速度计 32
2.11 微型三轴加速度计 32
2.12 振梁式微机械加速度计 33
3 工作原理及数学模型 37
3.1 加速度计工作原理 37
3.2 加速度计的基本数学模型 38
3.2.1 线加速度计的基本数学模型 38
3.2.2 摆式加速度计的基本数学模型 39
3.3 开环微机械加速度计的数学模型 41
3.3.1 开环微机械加速度计的灵敏度 41
3.3.2 静电力作用下开环微机械加速度计的刚度和阻尼比 44
3.4 闭环微机械加速度计的数学模型 47
4 电容式微机械加速度计结构 53
4.1 “三明治”电容摆式微机械加速度计 54
4.1.1 结构 54
4.1.2 动态仿真 58
4.1.3 结构计算 73
4.2 “跷跷板”电容摆式微机械加速度计 77
4.2.1 结构 77
4.2.2 结构特性分析 83
4.2.3 静电引力、支承梁弯曲及电容误差的关系 84
4.2.4 阻尼分析 88
4.2.5 仿真 90
4.3 梳齿式电容微机械线加速度计 94
4.3.1 梳齿式定齿均匀配置结构 94
4.3.2 梳齿式定齿偏置结构 95
5 微机械加速度计的结构加工工艺 124
5.1 表面硅加工工艺 124
5.2 体硅加工工艺 126
5.2.1 体硅溶解薄片法 128
5.2.2 干法刻蚀工艺 142
5.2.3 静电键合 156
5.3 LIGA加工工艺 162
5.3.1 LIGA工艺原理 162
5.3.2 LIGA工艺过程 163
5.3.3 LIGA工艺使用的材料 166
5.3.4 LIGA结构的特性 166
5.3.5 准LIGA工艺 167
5.4 封装技术 167
6 电容式微机械加速度计电路 169
6.1 前置放大电路 169
6.1.1 环形二极管电路 170
6.1.2 模拟开关电容检测电路 171
6.1.3 双路调制型前置电路 173
6.1.4 双载波低阻调制型前置电路 174
6.1.5 单载波电容桥高阻调制型前置电路 175
6.1.6 变压器电容桥自举前置放大器电路 177
6.1.7 通用电容读取ASIC电路 179
6.2 调理电路 180
6.2.1 交流放大及滤波电路 181
6.2.2 相敏解调器 181
6.2.3 载波类型的选择 188
6.3 反馈加力电路 190
6.4 膜集成电路 192
6.4.1 薄厚膜混合集成电路的寄生效应 194
6.4.2 薄厚膜混合集成电路的热设计问题 199
6.5 ASIC集成电路 204
7 微机械加速度计的误差分析 211
7.1 微机械加速度计噪声分析 211
7.1.1 布朗噪声 211
7.1.2 集成运算放大器的噪声 213
7.1.3 减小系统噪声的措施 218
7.2 温度误差 220
7.3 交叉加速度误差 224
7.4 微机械加速度计闭环系统误差分析 225
8 微机械加速度计的主要性能指标测试方法 227
8.1 重力场1g静态翻滚试验 227
8.1.1 基本方法 227
8.1.2 寻找加速度计的机械零位 229
8.1.3 加速度计的1g静态翻滚试验 231
8.1.4 稳定性、噪声、重复性试验 233
8.1.5 数据处理方法 238
8.1.6 动态翻滚试验 244
8.1.7 阈值测试 246
8.1.8 分辨率测试 247
8.2 高g精密离心机试验 250
8.3 温度性能试验 255
8.4 振动冲击试验 258
8.5 中间阶段试验 261
8.5.1 表头验收试验 261
8.5.2 电路验收试验 261
8.5.3 电模拟试验 265
9 微机械加速度计的应用及进一步研究动向 267
9.1 微机械加速度计的应用 267
9.1.1 惯性导航和制导 267
9.1.2 惯性测量系统 271
9.1.3 惯性稳定系统 274
9.1.4 汽车安全装置 276
9.1.5 探矿测震 278
9.1.6 高速列车控制 279
9.1.7 机器人状态控制 279
9.1.9 过载限制 280
9.1.8 测物体振动 280
9.1.10 贵重物品防摔 281
9.1.11 运动员辅助训练 281
9.1.12 钻井控制 281
9.1.13 建筑物测量 281
9.1.14 波浪测量 282
9.2 微机械加速度计的进一步研究动向 282
9.2.1 高分辨率微机械加速度计 282
9.2.2 多轴集成加速度计 283
9.2.3 微结构设计技术 284
9.2.4 数字化输出和具备通信能力的微弱信号集成电路 286
9.2.5 微结构的加工工艺 287
9.2.6 微机理研究 289
9.2.7 可靠性研究 294
9.2.8 微机械加速度计陀螺仪 294
参考文献 297