使用重力计和MEMS来测量重力

MEMS型重力计：

相对重力计可以使用微电子机械系统（MEMS）技术构建，其中机械组件的尺寸为微米级别。基于MEMS的重力计具有体积小和功耗低的优势，非常适用于远程使用和物联网（IoT）应用。很不幸，在基于微机电系统的重力计中实现低共振频率并不容易。由于微米级装置的质量很小，为了实现高重力计灵敏度，微机电系统弹簧的刚度（或其弹簧常数）必须非常低。

之前的微机电重力计通过结合两种机械弹簧[2-]，其中一种具有负刚度，实现了低刚度和高灵敏度。然而，这些机械弹簧容易受到工艺变异性和温度依赖性的影响。可以通过使用静电弹簧代替机械负弹簧，并结合电反馈控制电路来减少这些问题。

早稻田大学 基于MEMS的重力计设计：

Coventor最近与早稻田大学的MEMS研究小组合作进行了一项研究，模拟了一个具有电调硬度的高灵敏度重力计 [4]。重力计的共振频率设置为1 Hz。该系统使用了2个反馈回路。一个反馈回路用于保持低谐振频率并确保高重力仪测量灵敏度。另一个反馈回路使用静电力来保持质量位置，同时提高动态范围和对机械冲击的鲁棒性。为了增强重力仪的响应，共振频率被实时监测为“非共振”。该监测功能有助于消除可能对重力仪性能产生负面影响的过程变化和温度依赖性影响。

图1显示了制造的微机电系统（MEMS）结构的横截面。该结构由DRIE刻蚀的硅层组成，该硅层与部分刻蚀的玻璃晶片通过阳极键合在一起。

基于 MEMS 的重力仪使用 MEMS+® 进行建模，以更好地理解该设备的温度依赖性。图2展示了基于 MEMS 的重力仪器模型的表示。这个 MEMS+ 模型被嵌入到一个 Simulink® 闭环系统模型中（图3），这个更大的模型能够准确预测验电静软化和温度性能。

早稻田大学重力仪是一种小型、低成本的设备，具有低共振频率、高灵敏度和良好的冲击和热保护性能。基于微机电系统（MEMS）的小型设备尺寸和低成本使其适合安装在无人机上进行测量和勘探，甚至可以于远程监测火山活动。这种设备可能为低成本、微型化的重力在各种激动人心的重力测量应用中铺平道路。