韩建男，孙江宏，鹿昆磊

（北京信息科技大学机电工程学院，北京 100192）

1 引言

变极距式电容传感器是硅微加速度传感器的一种，由于其结构简单、动态响应好、灵敏度高及便利的操作接口[1-2]，自面世以来一直作为最重要的惯性仪器之一，被广泛应用于国防、航天等部门，是惯性导航和惯性制导系统中不可缺少的一部分。

在硅微加速度计中，多数采用等截面梁结构，但其应力集中引起的结构损坏容易导致器件失效[3-4]，通常采用截面根部增加适当的圆角、倒角过渡的方法来减小应力集中。随着近年来对变截面梁研究逐步增多，以及微纳机械制造工艺日渐成熟[5-7]，开始逐渐采用变截面梁来增大连接处的过渡角[8]的方法消除和降低应力集中。目前对变截面梁结构系统有了一系列的研究，根据矩阵结构分析和弹性力学理论，苑伟政和郝星建立线性变截面梁的力学模型[9]；根据材料力学理论，文献[10]建立了变截面梁弯曲数学模型；在微加速度计等截面梁的基础上，文献[11]设计并优化了一种梯形变截面梁；在保证传感器外形尺寸不变的基础上，文献[12]建立了基于槽型变截面弹性梁的传感器灵敏度分析模型，分析了影响灵敏度的关键设计因素；但采用不同截面形状的梁结构，其性能都不一样。

这里设计的是菱形变截面梁结构，菱形变截面增大连接处的过渡角，减小了应力集中，使检测方向与非检测方向刚度最大化，增加了系统的稳定性。在体积和非检测方向刚度相同的条件下，菱形变截面梁与等截面相比，危险截面处最大应力相当而检测方向刚度减小，系统灵敏度大大提高，且在保证静电力刚度小于机械刚度的前提下，可以确定菱形变截面梁加速度计的最大量程。……