（7）

严格地说，加速度计的等效电路只在静电力不影响质量体的位置时成立，也就是说处于电容与Fm线性相关的情况。加速度计作为开关电容式加法放大器的输入电容时，输出电压取决于该电容的值，因而与作用力有关

（8）

在传感器的电容发生小的变化时上式成立。加速度计的输出也是温度和电容失配的函数。建议在整个温度范围内做校准，并在信号处理过程中进行适当修正。另一个确保高稳定性的有效方法，是设计自校准系统，该系统利用的是对上盖或基座电极施加高电压时，在加速度计组件内产生的静电力。

3. MEMS压阻式加速度计

作为感应组件，压阻式加速度计由测量质量体支撑弹簧内的应力的应力计构成。应力可直接关联到质量体位移的大小和速率，因而也关联到加速度。这些装置能够在宽的频率范围内感应加速度：从接近直流到13kHz。

通过适当的设计，其可以承受高达10000g的过冲击。当然，其动态范围（量程）多少有些窄（1000g，误差小于1%）。对很多应用来说过冲击是关键指标。由分立的、经环氧树脂粘合的应力计构成的压阻式加速度计，会带有不良的输出温度系数。因为是分别制造的，应力计需要单独的热测试和参数匹配。这个麻烦在采用硅晶片的微机械加工技术的现代传感器中可从根本上消除。

宽动态范围固态加速度计的一个例子示于图9。由美国恩德福克/联合信号航空航天公司研制。这个微型传感器由三层硅制造。内层或核心层包含惯性质量和弹性铰链。质量体通过铰链悬置在蚀刻出来的边框之内，铰链的每一面都有压阻式应力计。应力计探测与铰链有关的运动。

两个外层，基座和上盖，保护移动部分免受外部污损。两个外层都有凹壁，使惯性质量能够自由移动。这种传感器具有多个重要特性。其中之一是感应轴位于硅晶片的平面内，与轴垂直于晶片的很多其它设计相反。由单一硅晶体制造该传感器的所有部件，确保了机械完整性和可靠性。

沿感应轴施加加速度时，惯性质量围绕铰链转动。质量体的转动在铰链两面的一个应力计上产生压缩应力，在另一个上则产生张力。因为应力计很短，即使小的位移也会产生大的电阻变化。为调整压阻电桥的零平衡，在同一芯片内配置了五个调节电阻（图中未显示）。

图 9. 一种压阻式加速度计的剖视图

4. MEMS压电式加速度计

压电效应（不要把其与压阻效应混淆）天然地适用于感应振动和加速。此效应是电偶极子构成的晶体材料中机械能至电能的直接转换。这些传感器可工作于低至2Hz和高至5kHz的频率，具有良好的偏轴噪声抑制、高线性度和宽的工作温度范围（高达120℃）。

尽管石英晶体偶尔用于感应组件，但最常用的则是陶瓷压电材料，诸如钛酸钡，锆钛酸铅（PZT），偏铌酸铅（lead metaniob-ate）。把晶体夹在容器和惯性质量之间，后者的受力正比于加速度（图10）。

小型传感器内通常采用硅结构。因为硅不具有压电特性，可在微机械加工制备的硅悬臂上淀积钛酸铅薄膜，制造集成微型传感器。为获得良好的频率特性，压电信号由电荷至电压或电流至电压变换器放大，通常将变换器与压电晶体封装在一起。

图 10. 压电式加速度计的基本结构示意图。

加速度使容器相对于质量体移动，质量体施加力于晶体。

输出正比于加速度或振动水平。

5. MEMS热板式加速度计

因为实现加速度计的基本想法是测量惯性质量的移动，热传递的基本方程可用于这种测量。和其它任何加速度计一样，热学加速度计也有惯性质量，由薄的悬臂梁悬置在十分接近于散热器的位置，或在两个散热器之间（图11）。采用微机械加工技术制备质量体和悬臂梁结构。

这些部件之间的空间充满热传导气体。质量体由表面淀积或嵌入的加热器加热至确定的温度T1。在无加速度条件下，质量体和散热器之间建立热平衡：由质量体经过气体传导至散热器的热量q1和q2是间隔M1和M2的函数。