采用MEMS加速度计的设计方案有哪些？

硅微加速度传感器是MEMS器件中的一个重要分支，具有十分广阔的应用前景。由于硅微加速度传感器具有响应快、灵敏度高、精度高、易于小型化等优点，而且 该种传感器在强辐射作用下能正常工作，使其近年来发展迅速。Mems的加速度计分为六大类：电容式加速度计;压阻式加速度计;压电式加速度计;谐振式加速度计;隧穿式加速度计;热对流式加速度计。

压阻式加速度传感器是最早开发的硅微加速度传感器，弹性元件的结构形式一般均采用微机械加工技术形成硅梁外加质量块的形式，利用压阻效应来检测加速度。在 双端固支梁结构中，质量块像活塞一样上下运动。压阻式加速度传感器体积小、频率范围宽、测量加速度的范围宽，直接输出电压信号，不需要复杂的电路接口，大批量生产时价格低廉，可重复生产性好，可直接测 量连续的加速度和稳态加速度，但对温度的漂移较大，对安装和其它应力也较敏感，它不具备某些低gn值测量时所需的准确度。

压电加速度计属发电型传感器，可把它看成电压源或电荷源，故灵敏度有电压灵敏度和 电荷灵敏度两种表示方法。前者是加速度计输出电压(mV)与所承受加速度之比;后者是加速度计输出电荷与所承受加速度之比。 加速度单位为m/s^2，但在振动测量中往往用标准重力加速度g作单位，1g= 9.80665m/s^2。这是一种已为大家所接受的表示方式，几乎所有 测振仪器都用g作为加速度单位并在仪器的板面上和说明书中标出。

对给定的压电材料而言，灵敏度随质量块的增大或压电元件的增多而增大。一般来说，加速度计尺寸越大 ，其固有频率越低。因此选用加速度计时应当权衡灵敏度和结构尺寸、附加质量的影响和频率响应特性之间的利弊。

压电晶体加速度计的横向灵敏度表示它对横向(垂直于加速度计轴线)振动的敏感程度，横向灵敏度常以主灵敏度(即加速度计的电压灵敏度或电荷灵敏度)的百分比表示。一般在壳体上用小红点标出最小横向灵敏度方向，一个优良的加速度计的横向灵敏度应小于主灵敏度的3%。因此，压电式加速度计在测试时具有明显的方向性。

压电元件受力后产生的电荷量极其微弱，这电荷使压电元件边界和接在边界上的导体充电 到电压U=q/Ca(这里Ca是加速度计的内电容)。要测定这样微弱的电荷(或电压)的关键是防止导线、测量电路和加速度计本身的电荷泄漏。换句话讲，压电加速度计所用的前置放大器应具有极高的输 入阻抗，把泄漏减少到测量准确度所要求的限度以内。

石英谐振加速度计没有模数转换带来的速度增量误差，并能与高速数字导航系统兼容，精度高、成本低、体积小、发展潜力大，因此在中高精度领域诸如重力测量学、巡航导弹、自主水下导航、石油钻井等领域中有着广泛的应用前景。石英谐振加速度计中的谐振器采用双端固定音又结构.此结构的优点是：2个音又臂在其合并处所产生的应力和力矩相互抵消，从而使整个谐振器在振动时具有自隔振的特性，对周围的结构无明显的反作用力，谐振器的能耗可忽略不计。为了使有限的质量块产生较大的轴向惯性力，合理地选择机械结构可以对惯性力放大几十倍。

隧穿式加速度计是基于洛伦兹力和霍尔效应的加速度计，当传感器安装在被测物体上时，感应线圈会收到物体的加速作用，从而使导线中的电流发生变化，这个变化的电流会产生一个变化的磁场，并做用于感应线圈上的一个霍尔元件。霍尔元件会根据洛伦兹力的左右产生一个电势差，即霍尔电压，通过测量这个霍尔电压的大小，我们就可以得到物体的加速度信息。

热对流式加速度传感器，是由封闭的单晶硅腔体、加热器和一对对称的温度传感器组成。加热器(加热元件)和温度传感器(热敏元件)悬于硅腔体上方。当敏感方向无加速度时，腔体内的加热气体只在重力加速度的作用下发生对流，加热器水平两边相等位置上的温度传感器温度相等，无温度差，输出为零;敏感方向有加速度时，腔体内的气体在重力加速度和外来加速度的联合作用下产生对流，此时两个温度传感器出现温度差，输出产生差异，再经惠斯通电桥转换为电压差输出。