新型高性能MEMS摆式加速度计：灵敏度与结构稳定性显著提升
2026-03-20 15:43:52 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
研究人员提出一种由敏感结构与接口电路构成的新型非对称高性能MEMS摆式电容感测加速度计。该敏感结构采用非对称质量块设计，可以显著提升器件的灵敏度与结构稳定性。
加速度计已被广泛应用于汽车电子、工业设备振动监测以及航空航天姿态控制与惯性导航等领域，随着应用场景的不断拓展，市场对高精度、高可靠性加速度计的需求持续增长。在各类加速度计中，摆式加速度计凭借结构简单、技术成熟、可靠性高且抗干扰能力强等优势，被用于高性能加速度信号测量，尤其适用于油田钻探等复杂工况。摆式加速度计的性能主要取决于摆体的机械特性、控制系统设计以及弹性变形特征。在机械结构与电路架构日趋成熟的背景下，设计优良的敏感结构与接口电路，对实现加速度计最优性能具有至关重要的作用。
据麦姆斯咨询报道，近期，重庆市计量质量检测研究院、中国电子科技集团公司第二十四研究所、重庆大学的团队联合提出一种由敏感结构与接口电路构成的新型非对称高性能MEMS摆式电容感测加速度计。该敏感结构采用非对称质量块设计，可以显著提升器件的灵敏度与结构稳定性。相关研究成果以“A Novel Asymmetric High-Performance MEMS Pendulum Capacitive Accelerometer”为题发表在Micromachines期刊上。
这项研究工作提出的MEMS摆式加速度计由敏感结构和接口电路两部分组成。敏感结构基于双面抛光的（100）晶向N型硅片制备，并通过电感耦合等离子体（ICP）刻蚀完成敏感结构加工。同时，研究人员设计并制备了与之配套的接口电路。当系统受到加速度输入时，敏感结构在惯性力矩作用下会产生一定的角位移，该角位移变化会被转化为电容变化。接口电路则对电容变化信号进行检测与处理，最终输出能够表征加速度大小的电信号，从而实现对加速度信号的检测。
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
研究人员将敏感结构单元和接口电路封装在设计好的防水防潮壳体中，并通过重力场静态翻滚测试对该MEMS加速度计进行了性能评估，测试结果表明，在−2 g ~ 2 g量程范围内，该加速度计的灵敏度约为1.247 V/g，非线性度约为0.8%，性能表现良好。该MEMS加速度计已经应用于单体组合式电子汽车衡关键部位的应力检测，用于判断其振动状态和平衡状态。
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）
综上所述，这项研究工作提出一种新型MEMS摆式电容感测加速度计，通过结构和工艺的优化设计，使其在灵敏度、非线性度等方面表现良好。研究人员指出，目前该MEMS加速度计的性能仍有提升空间。例如，如果接口电路采用ASIC技术进行设计，使敏感结构与ASIC能够在同一芯片上实现混合集成，则器件整体性能有望进一步显著提升。
论文信息：https://doi.org/10.3390/mi16101122
延伸阅读：
《高端MEMS加速度计分析：赛峰Colibrys MS1010和美新MXA2500M》
《Senonor MEMS惯性测量单元（IMU）STIM318产品分析》
《村田MEMS惯性测量单元（IMU）SCHA63T产品分析》
《村田MEMS惯性测量单元（IMU）SCH1633产品分析》
上一篇：基于多电容器的高灵敏度压电MEMS加速度计的设计、仿真与建模
下一篇：最后一页