沖擊加速度傳感器的原理與結構

隨著硅微機械技術（MEMS）的迅速發展，各種基于MEMS技術的器件也應運而生。目前，壓力傳感器、沖擊加速度傳感器、光開關等得到了廣泛的應用。具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高的特點，而且其加工工藝與傳統的集成電路工藝有一定的兼容性，易于實現數字化、智能化和批量生產，它自出現以來就引起了人們的廣泛關注，并迅速應用于汽車、醫藥、導航與控制、生化分析、工業檢測等領域。其中，沖擊加速度傳感器是應用廣泛的例子之一。沖擊加速度傳感器的原理因應用的不同而不同，包括壓阻式、電容式、壓電式、諧振式等。

通過對不同沖擊加速度傳感器的原理、制造工藝及應用的介紹，使他們對沖擊加速度傳感器有更全面的了解。

MEMS壓阻式沖擊加速度傳感器的傳感元件由彈性梁、質量塊和固定框架組成。壓阻式沖擊加速度傳感器本質上是一個力傳感器。它通過測量固定質量在加速度作用下產生的力F來測量加速度a。在目前的研究尺度上，可以認為其基本原理仍然遵循牛頓第二定律。換句話說，當加速度a作用于傳感器時，傳感器的慣性質量將產生慣性力：F=ma。當慣性力F作用在傳感器的彈性梁上時，它將產生與F成比例的應變。此時，彈性梁上的變阻器也將產生變化△ R、 由變阻器組成的惠斯通電橋輸出與電壓成正比的電壓信號。

壓阻式加速度計原理：系統的信號檢測電路采用壓阻式全橋作為信號檢測電路。

橋采用恒壓源供電，橋電壓為。如果是正應變電阻，是負應變電阻，則電橋的輸出表達式為：

我們在電阻器布局設計和制造過程中確保壓敏電阻的一致性。因此，可以認為某些壓敏電阻和壓敏電阻的變化是相等的，即：

然后，橋接器輸出的表達式變為：

靈敏度原理：采用壓阻信號檢測原理，其核心是半導體材料的壓阻效應。壓阻效應是指當材料受到外部機械應力時，材料的體積電阻率發生變化的材料特性。晶體結構的變形破壞了能帶結構，改變了電子遷移率和載流子密度，改變了材料的電阻率或電導率。當金屬電阻線未受力時，原始電阻值為：電阻絲的電阻率；電阻絲長度；電阻絲的橫截面積。

當電阻絲受到拉伸時，它會拉長，橫截面積會相應減小，并且由于晶格變形等因素的影響，電阻率會發生變化，因此電阻值會發生變化。對于用相對變化表示的總微分，有壓阻系數常用的半導體電阻材料是硅和鍺。摻雜雜質可以形成p型或n型半導體。壓阻效應是在外力作用下，原子晶格排列發生變化，從而引起載流子遷移率和濃度的變化。