电容式加速度传感器：原理、应用与优化

图4-20所示为差动电容式加速度传感器结构图。它有两个固定极板（与壳体绝缘），中间有一用弹簧片支撑的质量块，此质量块的两个端面经过磨平抛光后作为可动极板（与壳体电连接）。质量块由两根簧片支撑置于壳体内，弹簧较硬使系统的固有频率较高，因此构成惯性加速度计的工作状态。

图4-20 差动电容式加速度传感器结构图

1—固定电极 2—绝缘垫 3—质量块 4—弹簧 5—输出端 6—壳体

当传感器壳体随被测对象沿垂直方向做直线加速运动时，质量块在惯性空间中相对静止，两个固定电极将相对于质量块在垂直方向产生大小正比于被测加速度的位移。此位移使两电容的间隙发生变化，一个增加，一个减小，从而使C₁、C₂产生大小相等、符号相反的增量，此增量正比于被测加速度。

利用微电子加工技术，可以将一块多晶硅加工成多层结构，如图4-21所示。在硅衬底上，制造出三个多晶硅电极，组成差动电容C₁、C₂。图中的底层多晶硅和顶层多晶硅固定不动。中间层多晶硅是一个可以上下微动的振动片。其左端固定在衬底上，所以相当于悬臂梁。

当它感受到上下振动时，C₁、C₂呈差动变化。与加速度测试单元封装在同一壳体中的信号处理电路将ΔC转换成直流输出电压。它的激励源也做在同一壳体内，所以集成度很高。由于硅的弹性滞后很小，且悬臂梁的质量很轻，所以频率响应可达1kHz以上，允许加速度范围可达10g以上。(www.xing528.com)

图4-21 硅微加工加速度传感器

1—加速度测试单元 2—信号处理电路 3—衬底 4—底层多晶硅（下电极） 5—多晶硅悬臂梁 6—顶层多晶硅（上电极）

如果在壳体内的三个相互垂直方向安装三个加速度传感器，就可以测量三维方向的振动或加速度。

电容式加速度传感器的主要特点是频率响应快和量程范围大，大多采用空气或其他气体作阻尼物质。