硅諧振梁式加速度光電開關(guān)傳感器，塔形敏感質(zhì)量塊M懸掛在與其中心線平行且對稱的兩根水平支承懸臂梁上，懸臂梁另一端固定在框架上。在中心軸線，同樣有一根用于信號檢測的諧振懸臂梁。被測加速度使敏感質(zhì)量塊M轉(zhuǎn)換成載荷作用于懸臂梁上，導(dǎo)致懸臂梁產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)變，硅梁的諧振頻率發(fā)生變化，其變化量與被測加速度成正比。支承梁比諧振梁短而厚，其長度比與厚度比由諧振頻率的靈敏度決定。若給定以下尺寸：硅框基底4*4*1.3mm3，敏感質(zhì)量塊1.55*2*0.3mm3，支承ivws0.35*0.2*0.022mm3，諧振梁0.7*0.2*0.0055mm3，則梁的長度比為0.5，厚度比為4.以此尺寸構(gòu)成的整個懸掛系統(tǒng)固有頻率約為1.5khz。諧振梁尺寸由基本諧振頻率100khz不受加速度作用時和靈敏度決定，這個諧振頻率值100khz應(yīng)比整個懸掛的諧振頻率1.5khz高出幾十倍。
工作時交變電壓和直流偏壓加在制作在諧振梁表面的激勵電阻上，使諧振梁沿中心軸線方向產(chǎn)生交變熱應(yīng)力，若其固有頻率與諧振梁諧振頻率一致，硅梁將產(chǎn)生諧振，其上檢測電阻將感受到諧振軸向交變應(yīng)力，阻值也按諧振頻率變化，由檢測電橋輸出同頻變化的電壓信號。當有沿垂直方向的加速度作用于敏感質(zhì)量塊m上時，質(zhì)量塊m將沿z軸方向向下移動，使支承梁彎曲。因諧振梁與支承梁厚度不同，兩者的中性軸不在同一個平面上，導(dǎo)致諧振梁產(chǎn)生拉伸應(yīng)變，該應(yīng)變將附加在交變熱應(yīng)力上，改變無質(zhì)量塊m作用時自身諧振頻率，其改變量與質(zhì)量塊m被測加速度成函數(shù)關(guān)系。 |
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