电容式微机械加速度计是一种将加速度转换成差分电容、通过检测差分电容的变化来检测加速度大小的一类高精度的惯性传感器。利用开关电容电路实现C-V变换，利用反馈静电力实现力平衡闭环控制，设计了一种电容式微机械加速度计。通过构建电容式加速度传感器及外围电路的数学模型，推导了闭环工作的系统函数。并对实际系统进行研制，最后给出了整个系统的测试结果。

介绍了一种新型基于滑膜阻尼的电容式微机械加速度计。该加速度计根据差分电容极板间正对面积的改变来检测加速度大小,保证了输出电压与加速度之间的线性度。对加速度计进行了结构设计和分析。给出了加速度计的制作工艺流程,研究了解决深反应离子刻蚀过程中的过刻蚀现象的方法。初步测试结果表明,该加速度计的灵敏度比较理想,谐振频率与理论计算相吻合。

设计、制造并测试了一种新结构硅微机械压阻加速度计.器件结构是悬臂梁-质量块结构的一种变形.比较硬的主悬臂梁提供了一定的机械强度,并且提供了高谐振频率.微梁很细,检测时微梁沿轴向直拉直压.力敏电阻就扩散在微梁上,质量块很小的挠动就能在微梁上产生很大的应力,输出很大的信号.5 V条件下,灵敏度为14.80 mV/g,谐振频率为994 Hz,分别是传统结构压阻加速度计的2.487倍和2.485倍.加速度计用普通的N型硅片制造,为了刻蚀高深宽比的结构,使用了深反应离子刻蚀(DRIE)工艺.

利用有限元方法,研究振子框架式微机械陀螺主要几何尺寸对其固有频率的影响.根据陀螺驱动模态频率和检测模态的频率匹配,优化了陀螺的结构尺寸,并为结构改进和制备工艺提供理论指导.

介绍了一种基于滑膜阻尼效应的新型音叉式微机械陀螺.该陀螺包括两个驱动质量块和由各自驱动质量块支撑的检测质量块,通过检测质量块上的栅形电极与玻璃衬底上的固定检测电极之间的电容变化实现角速度信号的检测.对陀螺进行了结构设计和分析.在陀螺芯片的制作过程中,解决了深反应离子刻蚀过程中的根部效应和滞后效应等问题.初步测试结果表明,该陀螺灵敏度和非线性度比较理想.

介绍了一种新型的体硅微机械工艺制造的框架式陀螺及其工艺改进。框架式设计使得陀螺的驱动模态和检测模态解耦；静电力驱动外框使得陀螺进入初始谐振模态；通过内部质量块和固定电极组成的差分敏感电容对的电容极板交叠面积的变化来检测输入的角速度信号；变面积的检测方法消除了变间距检测电容变化的非线性。陀螺的驱动模态和检测运动模态都在平面内运动，因此工作阻尼以滑模阻尼为主，从而使得器件在常压下也具有较高的品质因子。深反应离子刻蚀获得了大的可动质量块，也使得弹性梁在Y方向和Z方向上有较大的弹性系数，从而降低交叉耦合并获得了较高的吸合电压。改进后的工艺过程降低了深反应离子刻蚀过程中的根部效应对器件的损伤，并同时使得质量块质量增加了50％。对原型器件的驱动和检测特性以及功能结果进行了测...

针对在数字式加速度检测系统信号处理过程中，量化噪声影响系统性能的问题，分析了数字式MEMS加速度计系统中的幅度和相位量化噪声，重点阐述了CORDIC算法中的相位量化误差对系统总噪声功率的影响，提出了系统参数的优化方案，建立了数字系统的数学模型，对优化方案进行了仿真，并采用以FPGA为核心的数模混合系统对优化方案进行了验证．结果表明，对CORDIC算法的相位控制字进行优化后，系统的输出噪声系统误差减小为优化前的10％，噪声特性有显著改善．

基于微机械工艺制作的加速度计,广泛采用差动结构电容变化来反映被测量的方向和大小。近年来针对该需求研制了检测微小电容变化的电路。采用基于FPGA实现的数字式电容检测系统,具有高精度和稳定度,对寄生电阻、电容不敏感,并直接采用数字接口输出。它检测电容变化范围为±2pF,电容检测分辨率可达到0.115fF。将系统连接到灵敏度为1.056pF/g的加速度计后,可以测量的加速度分辨率为0.107mg,对应的动态范围为4.0×104。

本文采用能量统计分布方法研究微机械悬臂梁的噪声模型，对热机械噪声理论模型进行了拓展和修正，使之适用于低温和高频条件．研究了温度、压力和频率对热机械噪声、温漂噪声和吸附-脱附噪声的影响．根据研究结果对静态检测悬臂梁和动态频率响应悬臂梁传感器进行了具体分析．对于静态下工作的微机械悬臂梁，振幅的随机变化取决于热机械噪声．对于工作在谐振状态的微米尺度悬臂梁，在室温常压下热机械噪声是主要的噪声机制；当尺寸进一步缩小至纳米尺度时，表面效应变得显著，吸附-脱附噪声成为主要的噪声机制．基于对不同情况下噪声特性的分析，对微机械悬臂梁传感器的优化设计规则进行了探讨．

高Q值MEMS电容式加速度计因具有很小的机械噪声，满足于高精度测量的需要，但欠阻尼的传感器系统动态性能较差，因此需要在闭环检测电路中通过补偿反馈模块施加电学阻尼，以降低系统Q值，改善系统的动态响应。首先通过MATLAB／SIMULINK仿真建立了带有延时的系统模型，进一步结合实际PCB板的测量，分析了不同反馈补偿参数下的阶跃响应和幅频响应曲线。实验结果表明，合适的反馈补偿参数能有效地降低系统Q值，改善动态响应。最后得出了该电容式加速度计在闭环系统下的较优比例微分参数的选择策略。