● 摘要
微机电系统（MEMS）是当今国际国内的一个研究热点，其中，静电梳齿结构作为驱动部件和检测部件的首选结构，在各种MEMS器件，尤其是微惯性器件（陀螺和加速度计）中有着非常广泛的应用。但是，由于受到包括微弱电容检测技术在内的诸多技术的限制，目前国内对于这些器件的研究还处于实验室阶段。本论文以静电梳齿驱动器为研究对象，针对电容计算理论和微弱电容检测技术等内容进行了研究，论文主要包括以下内容：1、对影响静电梳齿驱动器电容量计算精度的因素进行了研究，推导得到了考虑制作工艺误差和边缘效应的修正模型。对于同一静电梳齿驱动器的尺寸参数，理想模型和修正模型的计算结果分别为1.274pF和1.454pF，而有限元仿真结果和实验测试结果分别为1.441pF和1.517pF，证明了该理论研究的必要性及修正模型的正确性。2、在对目前常用微弱电容检测方法的原理及优、缺点进行研究的基础上，针对MEMS器件的特点，设计了一套以调制解调法为核心，结合峰值检测技术的微弱电容检测方案，并通过仿真验证了方案的可行性。根据该方案，制作完成了相应的微弱电容检测装置，并详细介绍了具体的实现方法。3、以微小可调电容器为对象进行了静态实验，配合高精度电容测试仪器安捷伦E4980A对微弱电容检测装置的各项性能指标进行了标定。实验结果表明该检测装置的灵敏度为3.609V/pF，非线性度为0.69%，阈值为0.130pF，分辨率为0.01pF，精度达到0.5%。4、以MEMS陀螺上的静电梳齿驱动器为对象进行了动态实验，利用该微弱电容检测装置检测其电容变化，从而实现了对其振动频率的检测。检测结果(2.85±0.02)kHz与其谐振频率2.85kHz之间的误差约为0.7%，说明该检测装置能够应用于MEMS器件的微弱电容检测。