2．叉指式硅微加快度计

　　叉指式硅微型加快度计（Finger-shaped Micromachined Silicon Accelerometer，简称FMSA）开端是由美国AD公司和德国SIEMENS公司联合研发的。如今已构成系列商品，包括5 g、50 g单安闲度和双安闲度的商品。

　　叉指式硅微型加快度计的构造如图1所示。加快度计由基地叉指状活动极板与若干对固定极板构成。硅制活动极板通过一对支承梁绷簧与基座相连，支承梁能使活动极板（查看质量）活络加快度而发作位移。活动极板上有若干对叉指，每个叉指对应一对固定极板，固定极板固定在基座上。当加快度计处于连续状况时，叉纠正长处于一对固定极板的基地，即叉指和与其对应的两个固定极板的间隔持平（为y0），这时电容量C1=C2。当加快度计活络加快度时，在惯性力效果下，活动极板发作位移，如图1（b）所示，这时，叉指和摆布两固定极板的间隔发作改动，即C1≠C2，发作的瞬时输出信号将正比于加快度的巨细。运动方向则通过输出信号的相位反映出来。

　　设活动极板的线位移使某叉指两对极板的空位别离变为Y0+△y和Y0－△y，此刻单个电容量别离为省掉高阶小量，其电容差值为

　　　　　（1）

　　式中，A1为活动极板叉指与固定极板堆叠有些的面积。

　　设加快度计有n组叉指，则总的电容差值为△C=n·△C1=nks1△y=ks△y。

　　体系的静态活络度为

（2）

　　式中，k为支承体系的绷簧刚度，m为活动极板质量；kv为操控回路增益；kF，为反响力矩系数，．

（a）连续状况 　　　　　　　（b）活动状况

图1　叉指式硅微加快度计

　　叉指式硅微加快度计的操控体系框图如图2所示。

图2　FMSA操控体系框图

　　体系的固有频率可由下式近似求得：

（3）

　　式中，k为体系支承总刚度，ms为支承绷簧的总质量。

　　ADXL50是AD公司开发的一个加快度计商品，首要用于轿车上的安全气囊。ADXL50是集成在一片单晶硅片上的无缺的加快度丈量体系。悉数芯片约3 mm×3 mm，其间，加快度活络元件有些边长为1 mm，信号处理电路则布于邻近。加快度活络元件是一个可变差动电容器，2μm厚的活动极板上伸出50个叉指，构成了电容器的活动极板。固定电容极板则由一系列悬臂梁构成，这些悬臂梁与基座问有lμm的空位，悬壁梁的一端固连于基座上。悉数活动极板通过支承梁固定，支承梁能保证活动极板沿活络加快度的方向作线振荡，而别的方向的运动都遭到绑缚。支承梁一同作为一个绷簧，能将输入的加快度信号改换为位移信号，一同供应康复力，使活动极板康复到零点方位。支承梁可所以直梁或折叠梁。

图3　ADXL50查验线路

　　ADXL50的查验回路是一个闭环的力平衡反响回路。其丈量原理如图3所示。频率为1 MHz，相位相差1800的两个方波信号UA和UC别离施于固定电容极板Y和Z上，这么，当在连续状况时，活动极板的输出信号UB将为零。为使活动极板输出在±50g方案内都为正，需在固定电容极板Y和Z上别离施加偏信任号，别离为+3.4 V和+0.2 V。这么，在连续时，动极板输出信号应为+1.8 V0UB信号进入相敏解调器解调前需通过缓冲器拓宽，使可变电容器的高阻抗信号变为低阻抗信号。通过解谐和低通滤波的信号再经前置拓宽器输出。将前置拓宽器输出信号u0反响给活动极板，该反响电压将在活动极板和固定电极之间发作静电力，该静电力和由加快度致使的惯性力方向相反，并力求使活动极板康复到基当方位，然后使UB信号削弱为零。由所以一个高增益的伺服回路，深度负反响将使活动极板违反其根柢方位的最大间隔不逾越0.01μm，此刻，支承梁的弹性常数以及开环时的别的过失源均可疏忽不计。加负反响后，在没有加快度信号时，u0=1.8 v，在满量程（±50g）时，△u=±1.0 V。