微加速度計是一類極為重要的微慣性傳感器，廣泛應(yīng)用于振動檢測、慣性測量、慣性導(dǎo)航等多個技術(shù)行業(yè)。隨著微納加工技術(shù)的日趨成熟，微加速度計技術(shù)得到快速發(fā)展，近年來基于微機電系統(tǒng)（MEMS）和微光機電系統(tǒng)（MOEMS）的微加速度計技術(shù)研究及產(chǎn)品化已成為重點發(fā)展方向。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，來自電子科技大學(xué)的黃勇軍副教授（通訊作者）、文光俊教授研究團隊在《儀表技術(shù)與傳感器》期刊發(fā)表了題為“新型微加速度計研究進展”的綜述文章。對近年來基于MEMS和MOEMS的微加速度計最新研究進展進行了綜述，對各種類型微加速度計的性能進行了綜合對比分析，討論出適用于高精度慣性測量及慣性導(dǎo)航等應(yīng)用方向的微加速度計設(shè)計方案，并對微加速度計未來發(fā)展方向進行了展望。

常見的微加速度計按敏感原理可分為壓阻式、壓電式、電容式、隧道式、熱敏式、諧振式、光學(xué)式等多種經(jīng)典類型。各類微加速度計在探測靈敏度、精度、測量范圍、穩(wěn)定性等性能指標(biāo)上，以及在加工成本、器件質(zhì)量和體積、環(huán)境適應(yīng)性等方面有著各自的優(yōu)缺點，且相互制約。具體而言，壓阻式微加速度計結(jié)構(gòu)簡單，制作相對簡易，但其對溫度敏感，且靈敏度較低、蠕變和遲滯效應(yīng)較大。壓電式微加速度計工作頻帶寬、功耗低、抗摔性好、溫度穩(wěn)定性高，但低頻噪聲性能差。電容式微加速度計結(jié)構(gòu)簡單、漂移率低、溫度敏感性低，但抗電磁干擾性差。隧道式微加速度計靈敏度高，但溫度依賴性高，制造工藝復(fù)雜、工作電壓高。熱敏式微加速度計不需要大體積的運動質(zhì)量塊，但靈敏度較低、工作帶寬較窄。諧振式微加速度計測量諧振頻率信號的準(zhǔn)確度和精度高，但只能應(yīng)用于隨時間緩慢變化的加速度量值測量。

壓阻式微加速度計工作原理圖及常見設(shè)計結(jié)構(gòu)

壓電式微加速度計工作原理圖及常見設(shè)計結(jié)構(gòu)

電容式微加速度計工作原理圖及常見設(shè)計結(jié)構(gòu)

隧道式微加速度計工作原理圖及常見設(shè)計結(jié)構(gòu)

熱敏式微加速度計工作原理圖及常見設(shè)計結(jié)構(gòu)

諧振式微加速度計工作原理圖及常見設(shè)計結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的MEMS微加速度計受限于其本身存在的各種機械振子噪聲和電學(xué)類噪聲特性，難以獲得進一步的性能突破。同時，高精度MEMS微加速度計的制造工藝復(fù)雜、昂貴、耗時、不靈活、不容易定制或修改等缺點也限制了其未來發(fā)展。

近年來，隨著MOEMS技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展，光學(xué)微加速度計方向取得許多顯著成就。MOEMS微加速度計結(jié)合光學(xué)測量和微機電系統(tǒng)的優(yōu)點，可實現(xiàn)高精度、高靈敏度、小體積和抗電磁干擾的加速度測量。此外，作為近年來被提出的一種新型微光機電系統(tǒng)——腔光力（cavity optomechanics）系統(tǒng)微加速度計，基于其靈敏度高、精度高、穩(wěn)定度高以及動態(tài)范圍大等優(yōu)點，在高精度慣性測量及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中有巨大應(yīng)用潛力。不過，腔光力系統(tǒng)也仍存在散粒噪聲、量子反作用噪聲等噪聲源，會影響最終加速度探測精度等性能指標(biāo)。

光學(xué)微加速度計工作原理圖及常見設(shè)計結(jié)構(gòu)

基于腔光力系統(tǒng)的高精度微加速度計

為實現(xiàn)性能更好的高精度微加速度計，還需要繼續(xù)探索基于新型架構(gòu)的微加速度計技術(shù)方案，從加速度探測新機理、噪聲抑制新途徑入手，在結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能仿真、系統(tǒng)搭建、制備工藝及性能測試等方面展開系統(tǒng)深入的研究和創(chuàng)新。解決好新型高性能微加速度計的關(guān)鍵技術(shù)難題，才能有效地推動微加速度計技術(shù)發(fā)展。

隨著量子精密測量的快速突破和發(fā)展，基于光學(xué)激勵方式的微加速度計能有效利用量子壓縮光源實現(xiàn)高精度加速度測量。基于此，研究人員提出一項新的設(shè)計構(gòu)想，采用量子壓縮光源替代傳統(tǒng)激光源來激勵光學(xué)及腔光力系統(tǒng)微加速度計，從而進一步降低該類加速度計系統(tǒng)噪聲以提高其性能。該設(shè)計方案能夠滿足超高精度微加速度計的尖端應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展需求，有望成為未來重點研究和發(fā)展的方向。

審核編輯：郭婷