MEMS 摆式加速度计

加速度计目前大量应用在汽车电控、工业振动监测、航空航天姿态感知与惯性导航等场景。随着行业应用不断深化，市场对于传感器高精度、高稳定、高可靠的使用要求也持续提升。

在众多类型加速度计里，摆式加速度计结构简洁、工艺成熟、运行稳定、抗干扰能力突出，常被用于高精度加速度检测场景，适配井下勘探等恶劣复杂工作环境。摆式加速度计整体性能，由摆体力学特性、闭环控制方案以及弹性形变特性共同决定。在结构与电路设计不断完善的当下，优化敏感核心结构、匹配高精度读出接口电路，是提升传感器综合性能的关键。

相关科研团队研发出一款新型非对称高性能 MEMS 摆式电容加速度计，整体分为敏感结构与信号接口电路两大部分。敏感结构选用特定晶向硅基底材料，采用等离子刻蚀工艺精细加工成型，并配套设计专用信号调理电路。外界产生加速度变化时，敏感摆体在惯性力矩作用下发生偏转，引起极板电容差值改变；接口电路采集电容变化信号并调理运算，最终输出对应加速度电量信号，完成惯性物理量精准检测。

图1 MEMS摆式加速度计的机械模型

图2 MEMS摆式加速度计的结构布局

图3 MEMS摆式加速度计的制备工艺

图4 MEMS摆式加速度计的接口电路

器件整体经过密封防潮防护封装，并开展重力场多角度静态标定试验。测试数据显示，在 ±2g 量程区间内，传感器灵敏度优异、非线性误差较低，综合工作性能稳定可靠，现已投入汽车称重设备应力监测使用，实时监测设备振动与受力平衡状态。

图5 封装在防水防潮壳体中的MEMS摆式加速度计

图6 MEMS摆式加速度计输入输出关系拟合线

图7 MEMS摆式加速度计频率响应曲线

图8 MEMS摆式加速度计零偏稳定性曲线（20分钟）

综上，这款新型 MEMS 摆式电容加速度计，经由结构拓扑与制备工艺优化，拥有出色的灵敏度与线性度表现。同时该器件仍具备进一步升级空间，后续采用专用集成芯片工艺，将敏感结构与读出电路单片集成，可大幅缩小体积、降低噪声，全面提升传感器精度与长期稳定性。借助专业 MEMS 多物理场仿真工具，可精准模拟摆体受力、电容变化、模态耦合与寄生效应，提前预判结构缺陷、优化尺寸参数，大幅减少流片试错成本，缩短器件研发迭代周期，高效助力高性能惯性传感器精细化设计落地。