國內外研究近況

圖3.6 熱氣泡式加速儀元件模擬示意圖

3.2.2 中國大陸加速儀研究現況

位於中國無錫市的 MEMSIC 公司研發的微加速儀 MEMSIC 元件是利用單 層CMOS 積體電路製程的一個的雙軸加速度測量系統。就像其他加速度感測器 有重力塊一樣，MEMSIC 元件是以可移動的熱對流小氣團作為重力塊。元件通 過測量由加速度引起的內部溫度的變化來測量加速度。MEMSIC 感測器中的質 量塊是氣體。氣態的質量塊比傳統的實體質量塊具有很大的優勢。MEMSIC 的 感測器不會有電容式感測器所存在的粘連、顆粒等問題，這使得MEMSIC 元件 的損壞率和故障率很低。MEMSIC 加速儀通過測量溫度變化的裝置原理將敘述 如下。[26]

一個被放置在矽晶片中央的熱源在一個空腔中產生一個懸浮的熱氣團。同時 由鋁和多晶矽組成的熱電耦組被等距離對稱地放置在熱源的四個方向。在未受到 加速度或水準放置時，溫度的下降陡度是以熱源為中心完全對稱的，此時所有四 個熱電耦組因感應溫度而產生的電壓是相同的，如圖3.7所示。

圖3.7 MEMSIC感測原理示意圖

由於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，此時四個熱電耦組的輸出電壓會出現差異。而這熱電耦組輸出電壓的 差異是直接與所感應的加速度成比例的。在加速度感測器內部有兩條完全相同的 加速度信號傳輸路徑：一條是用於測量X 軸上所感應的加速度；另一條則用於 測量Y 軸上所感應的加速度，如圖3.8所示)。

圖3.8 內部功能圖

加速度感測器量程和輸出：MEMSIC 加速度感測器最大可以測量範圍是±1g 到±

100g。除了動態加速度（如震動），MEMSIC 元件還可以測靜態加速度（如重 力加速度）。元件可以提供類比或數位的輸出信號。模擬輸出有絕對模式和相對 模式兩種。絕對模式的輸出電壓和供電電壓無關，而相對模式的輸出電壓和供電 電壓成比例。數字輸出信號是一種PWM調製後的和加速度大小成正比的占空比 信號（高電平占一個週期脈寬的比率）。

解析度，也就是能測量到的最小加速度變化量,取決於信號雜訊。MEMSIC 的典型雜訊水準低於1 mg/ Hz 。在低頻條件下可以測量到低於1mg 的信號。

頻率回應，也就是對快速變化的加速度的反應能力，由結構來決定。對元件來說，

在-3dB 處頻響為30Hz。通過外部擴展，頻響可以擴展到160Hz 以上。其晶片如 圖3.9所示。

圖3.9 MEMSIC 公司生產之加速儀