據麥姆斯咨詢報道,日立最新開發的MEMS加速度計的靈敏度比目前汽車和智能手機中采用的商用MEMS加速度計的靈敏度要更高,并且功耗降低50%(圖1)。這款MEMS加速度計的噪聲密度為30 ng /√Hz,據說與應用于航天航空、地震和資源勘探等高端領域的“大型”加速度傳感器具有相同的噪聲水平(圖2)。
圖1 MEMS加速度計和原型開發板
圖2 日立新型MEMS加速度計與傳統商用MEMS加速度計的噪聲密度比較
日立新型MEMS加速度計的功耗為20 mW,是傳統MEMS加速度計的一半。 如果將該MEMS加速度計應用于基礎設施(如橋梁和建筑物)監測、煤氣管道和水管監測,以及用于石油和天然氣勘探,也可以降低傳感器使用成本。
減少空氣阻力
為了提高靈敏度,日立設計了新型傳感器的結構。 一般MEMS加速度計通過彈簧所連接可動質量塊的移動來檢測加速度。 具體而言,通過質量塊的運動電極與固定電極之間的靜電電容變化來檢測加速度。但是,質量塊在空氣中運動,以及運動電極在移動時撞擊到固定電極,都會產生噪聲,從而影響傳感器的性能。
為此,日立通過在質量塊上制作貫通孔來降低空氣阻力(圖3),并且貫通孔的直徑在上層和下層之間是變化的。上層為電極部分,下層為重量較大的運動層。上述方法可將空氣阻力降低約50%或更低。
圖3 通過貫通孔降低空氣阻力(上層貫通孔的直徑為30μm,下層貫通孔的直徑為60μm)
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原文標題:日立新型MEMS加速度計:靈敏度提升,功耗減半
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