线加速度计技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

液体悬浮技术成功地应用于摆式加速度计，是现代惯性导航技术发展史上的一个里程碑。至60年代液浮惯性元件已发展到成熟阶段。

石英振梁加速度计是利用石英谐振器的力——频特性，将加速度通过检测质量转换为惯性力而引起石英晶体谐振器的形变，使谐振器的固有频率发生变化，再通过测量两个谐振器的差频得到加速度值，这两个谐振器为推挽式配置。在国外发展的比较早，目前在世界范围已得到广泛的应用。技术上日趋成熟，应用上日益广泛。

光纤加速度计采用光纤传感技术来测量质量块的惯性力，从而测量加速度。

目前在国外，光纤加速度计己经有成熟的产品出现，在美英等发达国家技术比较成熟。我国的光纤加速度计的研制起步较晚，目前仍处于实验室阶段，未见到相关的技术指标报道。

目前在国外，低精度的硅微加速度已形成系列产品，中高精度的已经接近惯导级水平，我国硅微加速度计的研制处于起步阶段。距离实际应用还有一段距离。

第二节 产品工艺特点或流程

液浮摆式加速度计的支承轴采用很细的轴尖，轴承采用仪表宝石轴承。其实质是利用浮力平衡重力。反馈力矩平衡惯性力矩的闭环力平衡式加速度传感器。该加速度计具有灵敏度高、稳定性和可靠性高、抗冲击振动能力强等优点，但其体积大，加工和装配工艺要求非常严格。液浮摆式加速度计作为一种典型的加速度计，目前仍在不断地发展。

石英挠性加速度计具有精度和灵敏度高、功耗小、热稳定性好、机械迟滞和弹性后效小、易于小型化等特点，在惯性导航系统、大地测量系统中有广泛的用途。

光纤加速度计除了具有抗电磁干扰、电绝缘和耐腐蚀性外，还具有体积小、质量轻、动态范围宽、响应快、精度高、可以将光源与敏感元件分离以及可以在恶劣环境下使用等优点。目前光纤加速度计在原理上主要有三大类：光强调制型、相位调制型和波长调制型。光强调制型光纤加速度计有透射式、反射式和偏振式等。其基本原理是：由于受到被测加速度的调制，所以经透射、反射或偏振效应后，光纤接收到光强的变化，藉此测量出加速度值。这类加速度计的优点是结构比较简单，对光源、探测器等要求不高，容易实现。相位调制型光纤加速度计的实质是传感光纤受质量块惯性力的作用导致通过它的光产生相位变化，相位变化量即代表被测加速度值。相位调制型光纤加速度计可实现全光纤化，可以比光强调制型体积更小，动态范围更大，测试精度更高。

硅微机械加速度计是一种微电子技术和微机械加工技术相结合的惯性仪表，其检测质量可以做到几个毫克，硅微加速度计敏感元件采用单晶硅或多晶硅材料制作而成，加工工艺包括体微机械加工工艺、表面机械加工工艺和LIGA工艺等。硅微加速度计按照控制方式可分为开环工作方式和闭环工作方式；按照信号检测方式可分为硅电容加速度计、硅压阻加速度计、硅压电加速度计、电子隧道型加速度计及热传导加速度计。

硅电容加速度计的基本结构由一个差动电容器和检测电桥两部分组成。差动电容器有两块固定极板和一块作为检测质量的可动极板。当被测加速度使检测质量发生位移后，改变了极板间距离，从而使电容量改变，由电桥将变化量检出就获得了被测加速度。与硅压阻加速度计相比较，硅电容加速度计克服了硅压阻加速度计具有的对温度和安装等感应应力十分敏感的缺点，但其缺点是易受电磁干扰，输出非线性和信号调解电路复杂。

硅压阻加速度计的工作原理是，当被测加速度作用到检测质量上后，使其发生运动，与它相连的悬臂支撑由此产生弯曲变形，使梁上的压阻阻值改变并由惠斯登电桥输出相应的电压信号。

硅压电加速度计通常由压电电极和检测质量组成，当检测质量受到加速度作用后，两极板间将产生电荷变化，经放大和控制电路就可获得被测加速度。硅微加速度计具有体积小、质量轻，结构简单、成本低、可靠性高和抗冲击能力强等特点。

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

1、高分辨率和大量程的微硅加速度计成为研究的重点。由于惯性质量块比较小，所以用来测量加速度和角速度的惯性力也相应比较小，系统的灵敏度相对较低，这样开发出高灵敏度的加速度计显得尤为重要。无论是民用还是军事用途，精度高、量程大的微机械加速度计将会大大拓宽其运用范围。

2、多轴加速度计的开发成为新的方向。惯性测量组合有六个输出变量，其中三个是相互正交的X、Y、Z三轴上的加速度.己有文献报道开发出三轴微硅加速度计，其所用的方法也各不相同，但是其性能离实用还有一段距离，多轴加速度计的解耦是结构设计中的一个难点。

3、数字化输出和具备通信能力的微弱信号集成电路。另外随着信息化网络化的发展，数字化输出和具备通信能力也成为微机械加速度计的发展方向。其输出可以直接进入计算机，也便于用在诸如传感器阵列、嵌入式器件等应用场合。