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- 成功提高了加速度計(jì)的靈敏度和降低了噪聲
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2021/4/8
隨著諸如智能手機(jī)之類的消費(fèi)電子產(chǎn)品和社會基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控應(yīng)用的市場不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)加速度計(jì)的需求將顯著增加。這種小型化且可大量生產(chǎn)的加速度計(jì)通常是由硅MEMS技術(shù)開發(fā)的，其中制造工藝已得到很好的確立。
在加速度計(jì)的設(shè)計(jì)中，在尺寸減小和噪聲減小之間要權(quán)衡取舍，因?yàn)橛刹祭试肼曊贾鲗?dǎo)的機(jī)械噪聲與被稱為檢測質(zhì)量的移動(dòng)電極的質(zhì)量成反比。此外，對于電容式加速度計(jì)，靈敏度通常與加速度計(jì)的尺寸成正比，因此在尺寸減小和靈敏度增加之間也要進(jìn)行權(quán)衡。由于高分辨率加速度計(jì)要求低噪聲和高靈敏度性能，因此傳統(tǒng)的基于硅的MEMS加速度計(jì)很難檢測到1μG電平的輸入加速度。
圖1.擬議的MEMS結(jié)構(gòu)示意圖（圖）
低噪聲，高靈敏度MEMS加速度計(jì)
由Tokyo Tech和NTT Advanced Technology Corporation組成的研究小組先前已經(jīng)提出了一種使用金材料將MEMS加速度計(jì)的證明質(zhì)量尺寸縮小至不到十分之一的方法。在這項(xiàng)工作中，作為這項(xiàng)成就的擴(kuò)展，他們將多層金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)用于檢測質(zhì)量和彈簧組件，并開發(fā)了一種低噪聲，高靈敏度的MEMS加速度計(jì)。
如圖1所示，他們通過使用多層金作為證明質(zhì)量結(jié)構(gòu)來增加單位面積的質(zhì)量，從而降低了與證明質(zhì)量成反比的布朗噪聲。
此外，他們通過減少檢測質(zhì)量的翹曲來利用4毫米見方的芯片的整個(gè)面積，從而使他們能夠提高加速度計(jì)的電容靈敏度。圖2顯示了開發(fā)的MEMS加速度計(jì)的芯片照片和掃描電子顯微鏡圖像。
根據(jù)這些結(jié)果，與圖3所示的相同尺寸的傳統(tǒng)加速度計(jì)相比，開發(fā)的加速度計(jì)的靈敏度達(dá)到了一百倍或更高，噪聲達(dá)到了十分之一或更低。加速度計(jì)將有可能檢測到低至1μG的輸入加速度。該制造過程利用半導(dǎo)體微制造過程和電鍍，因此有可能在集成電路芯片上實(shí)現(xiàn)開發(fā)的MEMS結(jié)構(gòu)。因此，所提出的技術(shù)對于提高用于通用的小型加速度計(jì)的分辨率將是有用的。
在所有物體上放置大量傳感器的時(shí)代
實(shí)現(xiàn)超緊湊和高分辨率的加速度計(jì)將是各種運(yùn)動(dòng)傳感應(yīng)用中的突破。這種加速度計(jì)可應(yīng)用于醫(yī)療技術(shù)，基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控，超輕型機(jī)器人的高精度控制，移動(dòng)車輛控制，無法使用GPS的地方的導(dǎo)航系統(tǒng)以及需要超低加速度感測的空間環(huán)境測量。
在不久的將來，將出現(xiàn)在所有物體上放置大量傳感器的時(shí)代，在這種情況下，將高分辨率加速度計(jì)小型化將非常重要，因?yàn)榧铀俣扔?jì)技術(shù)是運(yùn)動(dòng)感測的基礎(chǔ)。
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