大三暑期传感器原理实习报告-应变式加速度传感器设计(精选多篇)

第一篇：大三暑期传感器原理实习报告-应变式加速度传感器设计

文章标题：大三暑期传感器原理实习报告-应变式加速度传感器设计

应变式加速度传感器设计

——大三暑期传感器原理实习报告

(西南交大机械制造及自动化张其美19990780)

1、设计任务及技术指标

应变式加速度传感器的结构设计、特性曲线绘制等。

测量范围：20g；精度：1；尺寸：不大于；频响：0.1~100hz；重量：不大于20g；共桥电压：5v~24v（dc）。

2、结构设计

（1）采用等强度梁结构；

（2）材料选择及尺寸确定；

a、壳体及质量块选用碳钢

弹性模量：（与疲劳破坏有关）

泊松比：

b、弹性元件（梁）选用铍青铜（或硅梁）

弹性模量：

密度：

抗拉强度：

c、许用应力：（简单梁）取

（3）设计计算；

设计原则：

a、在最小载荷f和相应的最大绕度或位移为已知时，可先根据结构要求确定长度，然后在计算和。

b、设计时先保证有足够的灵敏度，然后在尽可能提高（固有频率）

c、质量块相对于基座的位移可按下列原则确定：

当时，，其中a为被测加速度。

设计步骤：

a、先估计，忽略，确定。

取，则

b、估计和

取

c、确定

d、求

则，

e、计算参数；

取，

1、梁根部应变：

3、静态灵敏度：（与应变片布置有关）双臂工作时，

4、动态灵敏度：

5、梁自由端的静绕度：

6、梁自由端的动绕度：

7、传感器的固有频率：

8、可测最大加速度：

（4）幅频特性计算：要求绘制幅频曲线

a、刚度：

b、质量；

c、阻尼比：，取0.6~0.7内。

d、有阻尼固有频率：

e、幅频曲线：

f、相频曲线：

（五）应变片的选择：

1、应变片的选择：选用小型硅应变片，参考规格：额定电阻：120；

灵敏度系数：；尺寸：；

最大工作电流：。

2、电桥输出灵敏度：（1）电桥的结构；等臂、差动。

a、单臂：

b、双臂差动：

c、四臂差动：：

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第二篇：大三暑期传感器原理实习报告

大三暑期传感器原理实习报告

应变式加速度传感器设计

——大三暑期传感器原理实习报告

(西南交大机械制造及自动化张其美19990780)

1、设计任务及技术指标

应变式加速度传感器的结构设计、特性曲线绘制等。

测量范围：20g；精度：1；尺寸：原创：www.不大于；频响：0.1~100hz；重量：不大于20g；共桥电压：5v~24v（dc）。

2、结构设计

（1）采用等强度梁结构；

（2）材料选择及尺寸确定；

a、壳体及质量块选用碳钢

弹性模量：（与疲劳破坏有关）

泊松比：

b、弹性元件（梁）选用铍青铜（或硅梁）

弹性模量：

密度：

抗拉强度：

c、许用应力：（简单梁）取

（3）设计计算；

设计原则：

a、在最小载荷f和相应的最大绕度或位移为已知时，可先根据结构要求确定长度，然后在计算和。

b、设计时先保证有足够的灵敏度，然后在尽可能提高（固有频率）

c、质量块相对于基座的位移可按下列原则确定：

当时，，其中a为被测加速度。

设计步骤：

a、先估计，忽略，确定。

取，则

b、估计和

取

c、确定

d、求

则，

e、计算参数；

取，

1、梁根部应变：

3、静态灵敏度：（与应变片布置有关）双臂工作时，

4、动态灵敏度：

5、梁自由端的静绕度：

6、梁自由端的动绕度：

7、传感器的固有频率：

8、可测最大加速度：

（4）幅频特性计算：要求绘制幅频曲线

a、刚度：

b、质量；

c、阻尼比：，取0.6~0.7内。

d、有阻尼固有频率：

e、幅频曲线：

f、相频曲线：

（五）应变片的选择：

1、应变片的选择：选用小型硅应变片，参考规格：额定电阻：120；

灵敏度系数：；尺寸：；

最大工作电流：。

2、电桥输出灵敏度：（1）电桥的结构；等臂、差动。

a、单臂：

b、双臂差动：

c、四臂差动：：

第三篇：电阻应变式称重传感器等工作原理

电阻应变式称重传感器等工作原理

电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。

由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。

一、电阻应变

电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数k。我们来介绍一下它的意义。

设有一个金属电阻丝，其长度为l，横截面是半径为r的圆形，其面积记作s，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为r：

r = ρl/s（ω） （2—1）

当他的两端受f力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长δl，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作δρ。 对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝 ……此处隐藏2189个字……

成熟的制程技术是3轴加速度传感器和其他mems产品在消费电子产品市场成功的关键之一。目前，为了达到产量及质量控制的严格要求，充分利用全球半导体产业界的制造和材料资源，以及生产流程控制经验，mems类元器件大多采用标准的cmos半导体制造技术，这样不但能使其生产制造从规模经济中受惠，还能让mems元器件随光照制程的微型化先进制程不断演进和发展，产品体积更小。

然而在制程技术上，mems类组件的生产与其它一般芯片有所差异。早期的mems产品制造中多采用单晶硅为材料，和比较简单且稳定的体型微加工（bulk micro-machining）技术，缺点是制造成本较高。目前的制造技术比较接近集成电路半导体的制程，多采用多晶硅表面微加工（surface micro-machining）科技，使成本有效降低，而且加工的精度和分辨率均更加出色。

各厂家的mems类元件制程技术虽然在工艺和加工设备上较类似，大都采用文中提到的cmos制程与表面微加工技术，但为了与自身的生产制造特点相符，制造商往往会根据自己的经验开发出其特有的生产加工平台及相应的流程，以实现缩短生产周期、提高产品质量和降低加工成本的目的。

thelma制程技术，即厚磊晶层（thick epitaxial layer for micro-gyroscopes and accelerometer）技术，是st发展出的专有表面为加工制程，主要针对高灵敏度、高探测范围的加速度传感器和陀螺仪等mems元器件的生产加工。其通过运用深度蚀刻技术及牺牲层（sacrificial-layer）等理论，可在微型装置中加工出能实现各种动作的精密机械机构。thelma制程技术主要包含六个主要步骤：基底热氧化、水平互连的沉积与表面图样化

(patterning)、牺牲层的沉积与表面图样化、结构层的磊晶生长、用通道蚀刻将结构层图样化、以及牺牲层的氧化物去除，与接触金属化沉积。

多晶硅材料具有良好的耐疲劳性及抗冲击性，且采用cmos制程除了能带来较低的成本、更稳定的加工流程，芯片与传感器的功能相独立还保证了设计上的灵活性。独特的thelma技术还可提供完整的铸模封装，使生产出的元器件具有极可靠的物理性质，能制造出最佳的制止器（stopper），降低电极之间的静电摩擦等风险。与传统工艺相比较，thelma技术可以减少芯片面积，因而克服体型微加工过程中常见的设计局限。此外，其会生长出一块厚度约15微米（um）的多晶硅磊晶层。该硅结构在增加厚度的同时也增加了垂直表面积，因而增大平行于基底的静电启动器的总电容值。

加速度传感器技术原理

mems换能器（transducer）可分为传感器（sensor）和致动器（actuator）两类。其中传感器会接受外界的传递的物理性输入，通过感测器转换为电子信号，再最终转换为可用的信息，如加速度传感器、陀螺仪、压力传感器等。其主要感应方式是对一些微小的物理量的变化进行测量，如电阻值、电容值、应力、形变、位移等，再通过电压信号来表示这些变化量。致动器则接受来自控制器的电子信号指令，做出其要求的反应动作，如光敏开关、mems显示器等。

目前的加速度传感器有多种实现方式，主要可分为压电式、电容式及热感应式三种，这三种技术各有其优缺点。以(更多精彩文章请关注好 范文网：Www.)电容式3轴加速度计的技术原理为例。电容式加速度计能够感测不同方向的加速度或振动等运动状况。其主要为利用硅的机械性质设计出的可移动机构，机构中主要包括两组硅梳齿（silicon fingers），一组固定，另一组随即运动物体移动；前者相当于固定的电极，后者的功能则是可移动电极。当可移动的梳齿产生了位移，就会随之产生与位移成比例电容值的改变。

如图结构中，当运动物体出现变速运动而产生加速度时，其内部的电极位置发生变化，就会反映到电容值的变化（δc），该电容差值会传送给一颗接口芯片（interface chip）并由其输出电压值。因此3轴加速度传感器必然包含一个单纯的机械性mems传感器和一枚asic接口芯片两部分，前者内部有成群移动的电子，主要测量xy及z轴的区域，后者则将电容值的变化转换为电压输出。

文中所述的传感器和asic接口芯片两部分都可以采用cmos制程来生产，而在目前的实际生产制造中，由于二者实现技术上的差异，这两部分大都会通过不同的加工流程来生产，再最终封装整合到一起成为系统单封装芯片（sip）。封装形式可采用堆叠（stacked）或并排（side-by-side）。

手持设备设计的关键之一是尺寸的小巧。目前st采用先进lga封装的加速度传感器的尺寸仅有3 x 5 x 1mm，十分适合便携式移动设备的应用。但考虑到用户对尺寸可能提出的进一步需求，加速度传感器的设计要实现更小的尺寸、更高的性能和更低的成本；其检测与混合讯号单元也会朝向晶圆级封装（wlp）发展。

下一代产品的设计永远是st关注的要点。就加速度传感器的发展而言，单芯片结构自然是必然的趋势之一。目前将mems传感器与cmos接口芯片整合的过程是最耗费成本的加工环节，如果能实现单芯片的设计，其优点不言而喻，封装与测试的成本必然会大幅度降低。加速度传感器选用要点

加速度传感器针对不同的应用场景，也在特性上体现为不同的规格。用户需根据自身的具体需要选取最适合的产品。如上文提到的汽车车身冲击传感器或洗衣机等家电的振动传感器等来说，需选用高频（50~100hz）的加速度传感器；对于硬盘的跌落和振动保护，需要中频（20~50hz）以上的加速度传感器；而手持设备的姿态识别和动作检测只需低频（0~20hz）产品即可。

线形加速度传感器的选取还需要考虑满量程（full scale，fs）、灵敏度及解析度等元件的特性。满量程表示传感器可测量的最大值和最小值间的范围；灵敏度与adc等级有关，是产生测量输出值的最小输入值；解析度则表示了输入参数最小增量。

除此之外，加速度传感器按输出的不同还可分为模拟式和数字式两种。其中模拟式加速度传感器输出值为电压，还需要在系统中添加模数转换（adc）；数字式加速度传感器的接口芯片中已经集成了adc电路，可直接以spi或i2c等实现数字传输。数字式产品在成本上也有一定优势，因为高质量adc通常比较昂贵，价格甚至可超过传感器部分的单独售价。结论

wii凭借加速度传感器为市场带来前所未有的革命性的操控方式。3轴加速度传感器为消费电子类产品，尤其是手持设备的各方面设计都带来更多的创新性，在短期内必然会获得市场的成功。而在未来的电子产品中，多传感器将是一个重要的发展趋势，其会让电子产品在使用上更加人性化；此外，为了缩小产品尺寸和提高产品的应用价值，混合式感测器（hybrid sensor），如加速度传感器与陀螺仪的集成，也必然是一个发展方向，多功能混合式传感器必将以其较高的附加价值和用户操控体验占领高端市场；同时随着技术的进步，单一功能结构的传感器也将向低端市场推广和普及。