隨著硅微機械加工技術(MEMS)的迅猛發展,現各種基于MEMS技術的器件也應運而生,目前已經得到廣泛應用的就有壓力傳感器、加速度傳感器、光開關等等,它們有著體積小、質量輕、成本低、功耗低、可靠性高等特點,而且因為其加工工藝一定程度上與傳統的集成電路工藝兼容,易于實現數字化、智能化以及批量生產,因而從問世起就引起了廣泛關注,并且在汽車、醫藥、導航和控制、生化分析、工業檢測等方面得到了較為迅速的應用。其中加速度傳感器就是廣泛應用的例子之一。加速度傳感器的原理隨其應用而不同，有壓阻式，電容式，壓電式，諧振式等。本文全面介紹加速度傳感器。

1.  壓阻式加速度傳感器

       壓阻式器件是最早微型化和商業化的一類加速度傳感器。這類加速度傳感器的懸臂梁上制作有壓敏電阻，當慣性質量塊發生位移時:會引起懸臂梁的伸長或壓縮，改變梁上的應力分布，進而影響壓敏電阻的阻值.壓阻電阻多位于應力變化最明顯的部位。這樣，通過兩個或四個壓敏電阻形成的電橋就可實現加速度的測量。其特點在于壓阻式加速度傳感器低頻信號好、可測量直流信號、輸入阻抗低、且工作溫度范圍寬，同時它的后處理電路簡單、體積小、質量輕，因此在汽車、測振、航天、航空、航船等領域有廣泛的應用。
 壓阻式加速度傳感器的組成
       MEMS壓阻式加速度傳感器的敏感元件由彈性梁、質量塊、固定框組成。壓阻式加速度傳感器實質上是一個力傳感器，他是利用用測量固定質量塊在受到加速度作用時產生的力F來測得加速度a的。在目前研究尺度內，可以認為其基本原理仍遵從牛頓第二定律。也就是說當有加速度a作用于傳感器時，傳感器的慣性質量塊便會產生一個慣性力:F=ma,此慣性力F作用于傳感器的彈性梁上，便會產生一個正比于F的應變。，此時彈性梁上的壓敏電阻也會隨之產生一個變化量△R，由壓敏電阻組成的惠斯通電橋輸出一個與△R成正比的電壓信號V。
 壓阻式加速度傳感器的原理
      本系統的信號檢測電路采用壓阻全橋來作為信號檢測電路。

2.  電容式加速度傳感器

      

      電容式加速度傳感器，在工業領域有著廣泛的應用，例如發動機，數控車床等等。它具有電路結構簡單，頻率范圍寬約為0～450Hz，線性度小于1%，靈敏度高，輸出穩定，溫度漂移小，測量誤差小，穩態響應，輸出阻抗低，輸出電量與振動加速度的關系式簡單方便易于計算等優點，具有較高的實際應用價值。
電容式加速度傳感器原理
      電容式加速度傳感器是基于電容原理的極距變化型的電容傳感器，其中一個電極是固定的，另一變化電極是彈性膜片。彈性膜片在外力(氣壓、液壓等)作用下發生位移，使電容量發生變化。這種傳感器可以測量氣流(或液流)的振動速度(或加速度)，還可以進一步測出壓力。


       電容式 MEMS加速度傳感器有許多種機械結構，。選擇好的機械結構，將有助于滿足和提高傳感器的性能，如固有頻率、量程 、機械強度 、對載荷的響應等等。另外，微加速度計的結構尺寸除了要滿足上述條件外，隨著尺寸的縮小，一些在運動中起主導作用的 因素將發生變化。比如靜電力、分子之間的相互作用力、空氣產生的阻尼力等，這些在宏觀中被忽略掉的因素將是影響微結構性能的主要因素。因此在設計中也應該把這些因素考慮在內。


3.  其他加速度傳感器

 光波導加速度計

       光波導加速度計的原理如下圖所示：光源從波導1進入，經過分束部分后分成兩部分分別通入波導4和波導2，進入波導4的一束直接被探測器2探測，而進入波導2的一束會經過一段微小的間隙后進入波導3，最終被探測器1探測到。有加速度時，質量塊會使得波導2彎曲，進而導至其與波導3的正對面積減小，使探測器1探測到的光減弱。通過比較兩個探測器檢測到的信號即可求得加速度。




微諧振式加速度計
       諧振式加速度計，Silicon Oscillating Accelerometer，簡稱SOA。
       一根琴弦繃緊程度不同時彈奏出的聲音頻率也不同，諧振式加速度計的原理與此相同。振梁一端固定，另一端鏈接一質量塊，當振梁軸線方向有加速度時梁會受到軸線方向的力，梁中張力變化，其固有頻率也相應發生變化。若對梁施加一確定的激振，檢測其響應就可測出其固有頻率，進而測出加速度。激振的施加和響應的檢測通常都是通過梳齒機構實現的。
SOA的特點在于，它是通過改變二階系統本身的特性來反映加速度的變化的，這區別與電容式、壓電式和光波導式的加速度計。
SOA常見的結構有S結構和雙端固定音叉（Double-ended Tuning Fork，DETF）兩種。S結構原理圖如下圖所示，DEFT式就是在質量塊的另一半加上和左邊對稱的一套機構。DEFT是目前SOA的主流結構。

熱對流加速度計

       熱對流加速度的原理與其他加速度計有根本上的區別，其他加速度計的原理都是建立在一個二階系統的基礎之上，而熱對流加速度計采用的是完全不同的原理。
一個被放置在芯片中央的熱源在一個空腔中產生一個懸浮的熱氣團，同時由鋁和多晶硅組成的熱電偶組被等距離對稱地放置在熱源的四個方向。在未受到加速度或水平放置時，溫度的下降陡度是以熱源為中心完全對稱的。此時所有四個熱電偶組因感應溫度而產生的電壓是相同的（見下圖）。由于自由對流熱場的傳遞性，任何方向的加速度都會擾亂熱場的輪廓，從而導致其不對稱。此時四個熱電偶組的輸出電壓會出現差異，而熱電偶組輸出電壓的差異是直接與所感應的加速度成比例的。在加速度傳感器內部有兩條完全相同的加速度信號傳輸路徑：一條是用于測量X軸上所感應的加速度，另一條則用于測量Y軸上所感應的加速度。
由于熱對流加速度計中沒有可運動的質量塊，所以其制造工藝相對簡單，也比較容易加工，而且其抗沖擊性能非常好，可抗五萬倍重力加速度的加速度。但環境溫度對熱對流加速度計的影響較大，而溫度變化會導致零點漂移；同時熱對流加速度計的頻響范圍低，通常是小于35Hz。

壓電式加速度計
       壓電式加速度計的數學和物理模型與壓阻式和電容式的加速度計類似，都是通過測量二階系統中質量塊的位移來間接測量加速度，三者的差別就是在于測量這個質量塊位移的方法。
壓電式加速度計利用了壓電效應，或者更確切地說，是利用了正壓電效應，即某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時其內部產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。通過測量壓電材料兩級的電勢差即可求得其形變壓電原理在宏觀尺度的加速度計中應用頗為廣泛，這類加速度計的構造多為基座和質量塊之間夾一壓阻材料（如下圖）。
而MEMS壓電式加速度計采用的結構與壓阻式微加速度計類似（如下圖），都是懸臂梁末端加質量塊的震動系統，二者差別在于鍍在梁上的材料不同，壓電式加速度計自然只要鍍上壓電材料，而非壓阻材料。


4.  加速度傳感器的應用
原理
       加速傳感器能夠測量傳感器所承受的加速力。加速力就是當物體在加速過程中作用在物體上的力。人們在手機上經?？吹降闹亓鞲衅?，實際就是加速傳感器的一種?，F代加速傳感器有單軸、兩軸、三軸之分。手機上常見的是電容式芯片三軸加速傳感器，主要由雙芯片構成，即重力測量單元和控制電路單元。在每個方向上，封裝部分內有一小塊可移動的電極板和兩塊不可移動的電極板， 當可移動電極板受到加速作用時，會產生慣性力，從而影響與左右兩個不可移動電極板的間隔，使得電容值改變，促進電容電壓值的變化，以此可以計算出加速度。