单片集成电容式三轴加速度计的设计与仿真

摘要

本论文提出了一种基于SOI工艺的新型三框架电容式三轴加速度计的设计方案,其中检测单元水平面（X、Y轴向）采用对称等高式梳齿设计，竖直面（Z轴向）采用不对称梳齿设计，可以实现单片集成化的设计要求。并对此设计方案进行了微结构设计、模拟仿真分析等方面的工作。
　　利用有限元分析软件ANSYS对设计的结构进行静态力分析、模态分析和谐响应分析。通过静态分析得到本文所设计的三轴微加速度计微结构的整体尺寸为几个立方毫米，远小于传统的机械惯性器件，适用于消费电子领域。检测三轴向的机械灵敏度达到单轴水平。抗过载分析中，结构体在抗过载加速度条件下，最大应力出现在竖直轴向弹性梁处，小于断裂极限值，满足抗过载要求。另外结构设计中加入限位止挡结构，可以有效避免发生梳齿碰撞的现象。加速度计在通常工作带宽下，三个检测轴向结构体引入的机械热噪声，符合设计标准。
　　由于在结构设计中基本采用对称形式，因此利用有限元分析软件ANSYS对设计的结构进行模态分析，发现前三阶模态未发生偏转，为加速度计的敏感测量方向。前三阶与更高阶模态谐振频率相差很大，可以有效的避免其他方向的干扰现象。谐响应分析中，结构体的交叉灵敏度最大值为0.4％，可以很好的抑制横向干扰现象，符合设计要求。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 主要研究内容

第2章 电容式加速度计的原理分析

2.1 电容器的基本工作原理

2.2 单轴加速度传感器的数学模型推导

2.3 加速度计的阻尼分析

2.4 本章小结

第3章 三轴电容式加速度计的结构设计

3.1 三轴加速度计的参数分析

3.2 三轴加速度计的整体设计方案

3.3 三轴加速度计的具体结构参数

3.4 确定加工工艺

3.5 本章小结

第4章 三轴加速度计的计算机模拟仿真

4.1 有限元分析基础

4.2 ANSYS结构静力学仿真分析

4.3 ANSYS结构动力学仿真

4.4 三轴加速度计参数汇总

4.5本章小结

结论

参考文献

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致谢

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