冲击测试专用MEMS加速度传感器

MEMS加速度传感器已广泛应用于测量冲击和振动的各种领域超过二十年。许多工程师都渐渐意识到宽动态范围和内置微阻尼MEMS设计对测量精度所起的关键作用。实际上，在汽车碰撞或产品跌落试验等常规测试中1000g以上的加速度很常见。

    为了精确描述物体在大加速度冲击下的物理特性，加速度计在其量程范围内应该有足够的空间（动态范围）。虽然市场上很多压电（陶瓷）加速度计都有足够大的动态范围，但压电结构的传感器无法提供用于准确计算速率和位移矢量的直流反馈。 

    MEMS加速度传感器的静态相应特性可以弥补这一缺点。可惜的是，大部分电容式MEMS加速度传感器的最大量程只有200g，所以在很多冲击测试中都派不上用场。

    压电电阻MEMS加速度计在汽车安全领域已应用数年。在汽车安全测试中，汽车碰撞所产生的冲击不仅加速度大，而且包含各种频率（例如假人与挡风玻璃相撞等极端情况）。这种测试环境对任何一种形式的加速度计都是个考验。事实证明了动态范围和带宽都窄的电容式MEMS加速度传感器无法在保证其信号真实性的同时获取整个测试过程的数据。工程师们在九十年代末开始使用宽动态范围和带宽的压阻MEMS加速度传感器，然而很快就发现无阻尼的压阻传感器在测试及分析过程中会导致一系列问题。没有足够内部阻尼的加速度计在受到大加速度冲击时会产生谐振（共振）。谐振的主要（直接的）和次要（间接的）影响最终都会反映在加速度输出信号中。共振的主要影响为谐振点下的信号输出表现为非线性，并且无规律可循。共振的次要影响体现在后续电路中由于高振幅的输入信号而导致的非线性。即使信号调节电路可以调整到保证输入信号水平，但那也浪费了电路本身的动态测量范围。先进的内置气阻尼电容式MEMS加速度传感器似乎是解决这些问题不错的选择。但遗憾的是这些电容式MEMS产品量程都小（<200g），而且线性响应频率有限（<100Hz）。

    精量电子—美国MEAS传感器是MEMS加速度计的开拓者之一，从2000年就开始致力于完善基于阻尼MEMS加速度计的设计。目前的第三代压阻MEMS加速度计经过了许多次结构改善和无限元模型的反复验证，以确保传感器的动态特性。

    精量最新一代传感器芯片的量程高达6000g 。为了避免过载，我们对传感器的结构进行了特别的设计，以防止过量程的破坏。这些特别的结构设计减少了安装压阻电桥上的应力，以避免结构破坏的发生。阻尼的引入是为了在谐振点发挥最大的作用。新一代加速度传感器采用SMD封装，量程分别为50g, 100g, 200g, 500g, 2000g, and 6000g 。由于产品采用LCC密封外壳，得以成为一系列恶劣环境应用的理想选择，包括监测大型设备上的冲击振动，以及重型机械上金属与金属间的碰撞

    另一个高g MEMS加速度计的优点是针对温度影响的改善。一般传感器的输出都会受其应用环境温度变化的影响。新的LTCC设计包含了一个特制的数字编程ASIC，以补偿温度对MEMS传感器的影响。该传感器的工作温度从-55°C 到 +125°C，温度漂移和零点漂移都非常小。大温度范围内输出精度的提高使得传感器可以应用在温度变化剧烈的环境中，这是传统的MEMS加速度计所不能比拟的。这种加速度传感器还有一个专利设计，那就是可以横向（平行的）或纵向（在飞机上）安装。从而用户可以在同一块PCB上安装多个传感器来测量所有三个方向的冲击力。这一点在安装空间狭小的应用中尤为重要。