张 晶，刘雨东，王 皓，苏 岩，朱欣华

（南京理工大学 机械工程学院，南京 210094）

静电负刚度调谐加速度计（Electrostatic Negative Stiffness Frequency Modulation Accelerometer, EFMA）基于硅微机械加工工艺制作而成，通过加速度产生的位移引起谐振器与静电调谐电极间的电容变化，利用静电负刚度软化谐振器固有频率的原理实现了加速度的频率调制，通过检测敏感质量块自身谐振频率的变化来感测加速度[1,2]，实现了加速度a—位移x—频率f的传递。该原理结合了谐振式加速度计[3-5]的频率检测不易受电路噪声干扰与电容式加速度计[6-8]静电梳齿位移变化的温度系数较低的特点，使EFMA 具有兼顾两种加速度计相关优点的潜力。目前没有专门针对EFMA 测控电路的报道，一般采用类似谐振式加速度计的自激振荡闭环驱动和高精度测频电路的测控电路，开环检测频率的方式读取信号[3,9,10]；相比于同是频率检测的谐振式加速度计，EFMA 谐振器的温度特性更接近于硅材料的温度特性，易于补偿[11]，但该方案为了实现静电调谐，通常需要在谐振器上设计大量平板电容以提高标度因数，因此相比于谐振式加速度计，EFMA 的谐振器在开环检测状态下的电容变化极易受到非线性影响，很大程度上限制其量程的进一步提升，只能在±1 g 的量程内实现较好的线性度，制约其应用范围[9,12]。

早期的电容式加速度计也存在量程小的问题，通过力平衡闭环检测的控制方式将结构的平衡位置锁定在初始位置，将位移量转换为电压作为控制量反馈的输入端，平衡外界输入加速度产生的惯性力，以避免静电负刚度效应引起较大的非线性，实现大的量程和高线性的标度因数，从而提升整表性能，有效降低平板电容非线性效应的影响[13,14]。……