电容式加速度传感器的压膜阻尼分析与设计

【摘要】：本文从工程实际出发,推导了适合于描述加速度传感器中敏感电容极板上压力分布的极坐标Reynolds方程,并给出了带阻尼孔的压膜阻尼计算公式。同时本文建立了考虑阻尼孔影响和移动极板运动过程中阻尼动态变化的力学系统分析模型,并给出了对非线性系统模型的求解方法。针对有阻尼孔的工况,本文的计算结果与ANSYS的仿真结果进行了比较验证,两者具有良好的一致性。本文给出的建模方法简单,计算耗时少,更适合于高精度电容式加速度传感器具有复杂结构的压膜阻尼设计。针对工程实际中的一种加速度传感器结构,采用该模型深入分析了各项阻尼孔参数对传感器阻尼特性的影响,并给出了具有最优频率特性的极板阻尼孔设计,同时分析了系统在各种加速度激励下的时域响应。本文提出的设计方法可推广至各类传感器和MEMS器件的阻尼优化设计。