CN113687103B - Mems梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法 - Google Patents

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    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up

Abstract

本发明提供了一种MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法，包括建立在热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型；建立因腔体内部材料释气以及腔体的泄漏共同影响下腔体内部压强随时间的变化关系；建立腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型；建立受稀薄气体阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型；建立在热弹性阻尼以及稀薄气体阻尼共同影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子退化模型，并基于该模型进行退化分析。本发明分析了电容式加速度传感器各种参数与品质因子之间的关系，为电容式加速度传感器的设计及维护提供了参考依据，也为电容式加速度传感器的退化及寿命分析提供了帮助。

Description

MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法
技术领域
本发明属于真空封装MEMS传感器技术领域，尤其涉及一种MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法。
背景技术
微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，简称MEMS)在21世纪迅猛发展，目前已广泛用于信息、汽车、消费、工控等领域。其体积小、功耗低、内部结构紧密，其批量生产的成本低，且具有很高的精度以及灵敏度。但也正是由于这些特点，MEMS器件性能受气体阻尼的影响很大，尤其对于谐振结构的MEMS器件而言，气体阻尼会消耗谐振结构的MEMS器件的能量，使器件的品质因子下降，进而降低MEMS器件的性能，MEMS梳齿电容式加速度传感器是典型的谐振结构MEMS器件，其品质因子Q受腔体内部的气体阻尼影响很大。
对于MEMS器件，影响品质因子大小的因素有两个方面。一是气体阻尼，其会阻止质量块的移动，进而影响品质因子；二是热弹性阻尼，给系统提供散热机制，使得系统保持平衡状态。此外，还有其他阻尼会对品质因素产生影响，如材料内部的结构阻尼，一般来说，材料的结构阻尼远远小于气体阻尼。
影响腔体内气体阻尼的因素有很多，如腔体泄漏，腔体内部材料放气，外部气体的渗透等。但主要的影响因素还是腔体泄漏以及腔体内部材料放气，材料都有着对气体的吸附特性，在封装前，待封装的零件会吸附部分气体，封装的腔体也会吸附气体，在封装完成后，这些气体会释放到腔体中。在达到平衡后，又由于温度的不断变化，材料会随着温度升高而放气，随着温度下降而吸气。另外，由于密封工艺以及材料本身属性等原因，密封腔体存在泄漏，泄漏一般较为稳定，随温度变化影响较小，是长期影响腔体内真空度下降的主要因素。
弹性系统的运动，其机械能通常被认为是不守恒的，这一过程中，通常伴随着机械能向热能的转换，即使是等温的、且完全线性的弹性体而言，这种能量的转换也是一定存在的。对于热弹性体而言，应力场与温度场之间存在着某种关联的，这使得在接受到外界的能量输入后，系统通过散热来维持平衡状态。
目前还没有关于MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子退化的物理模型，相关的MEMS产品的品质因子退化研究也并没有综合考虑到热弹性阻尼对品质因子的影响，目前有关于MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化趋势都是通过实验测量所得到的，实验所得结果缺乏理论的支撑。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法，解决了现有技术中通过实验测量分析MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化趋势其缺乏理论支撑的问题。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
本方案提供一种MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法，包括以下步骤：
S1、分析MEMS梳齿电容式加速度传感器梳齿在工作时的热弹性阻尼，建立在热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型；
S2、通过分析腔体部内真空度的影响因素，建立因在腔体内部材料释气以及腔体泄漏共同影响下腔体内部压强随时间变化的关系模型；
S3、通过分析腔体内部压强与气体阻尼的关系，根据步骤S2的关系模型建立腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型，并根据所述腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型建立受稀薄气体阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型；
S4、根据所述在热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型以及在受稀薄气体阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型，建立在热弹性阻尼以及稀薄气体阻尼共同影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型；
S5、根据所述在热弹性阻尼以及稀薄气体阻尼共同影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型，对MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子进行分析得到在热弹性阻尼以及稀薄气体阻尼共同影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子随时间的变化关系，完成对MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析。
本发明的有益效果是：本发明分析了MEMS梳齿电容式加速度传感器各种参数与品质因子之间的关系，为MEMS梳齿电容式加速度传感器的设计及维护提供了参考依据，也为MEMS梳齿电容式加速度传感器的退化及寿命分析提供了帮助。
进一步地，所述步骤S1包括以下步骤：
S101、根据热力学以及材料力学原理，分析MEMS梳齿电容式加速度传感器梳齿在工作时的热弹性阻尼，获取MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子退化的相关参数：梳齿厚度b、梳齿杨氏模量E、梳齿的固体热扩散率χ、材料的比热容CP、绝对温度T、材料的热膨胀系数α以及通过实验得到MEMS梳齿电容式加速度传感器的简谐频率ω；
S102、根据所述相关参数，利用Zener黏弹性标准模型建立在热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型。
上述进一步方案的有益效果是：本发明列出了热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子退化模型的基本原理以及在进行退化模型建立过程中所需要获取的有关参数，为热弹性阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子退化模型建立提供帮助。
再进一步地，所述步骤S102中在热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型的表达式如下：
Figure BDA0003231730480000041
其中，QT表示热弹性阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器的品质因子，λ1表示MEMS梳齿电容式加速度传感器的热弹性阻尼常数，其值取决于质量块上梳齿的数量与形状，τz表示松驰时间。
上述进一步方案的有益效果是：本发明通过得到的热弹性阻尼影响下的损耗因子的退化模型，为总品质因子的计算提供帮助。
再进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：
S201、通过分析腔体部内真空度的影响因素，获取MEMS梳齿电容式加速度传感器的相关参数：腔体体积V、腔体外部压强Pout、腔体的漏率L以及通过实验及计算得到累计放气量qout(t)；
S202、根据所述相关参数，建立因在腔体内部材料释气以及腔体泄漏共同影响下腔体内部压强随时间变化的关系模型。
上述进一步方案的有益效果是：本发明通过列出了腔体内部压强随时间变化的关系模型所需获取的有关参数，为建立腔体内部压强随时间变化的关系模型提供帮助。
再进一步地，所述步骤S202中关系模型的表达式如下：
Figure BDA0003231730480000051
其中，P(t)表示在材料释气以及泄漏共同影响下腔体内部在t时刻的压强，PL(t)表示在t时刻腔体内部因泄露影响下的压强，PF(t)表示在t时刻腔体内部材料释气影响下的压强，p0表示初始时刻腔体内部的压强，e表示自然数。
上述进一步方案的有益效果是：本发明通过得到的腔体内部压强随时间变化的关系模型，为建立腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型提供帮助。
再进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：
S301、通过分析腔体内压强与气体阻尼的关系，获取MEMS梳齿电容式加速度传感器的相关参数：气体分子常数R、气体分子质量Mm、绝对温度T、MEMS梳齿电容式加速度传感器质量块质量MP、MEMS梳齿电容式加速度传感器质量块密度ρP、梳齿与位于方向垂直面的面积Ac以及通过实验得到MEMS梳齿电容式加速度传感器的简谐频率ω；
S302、根据步骤S2的关系模型以及步骤S301中的相关参数，建立腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型；
S303、根据所述腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型建立受稀薄气体阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型。
上述进一步方案的有益效果是：本发明通过列出了腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型所需的相关参数，为建立腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型提供帮助。
再进一步地，所述步骤S302中稀薄气体阻尼的表达式如下：
Figure BDA0003231730480000061
其中，Cgas表示稀薄气体阻尼，P(t)表示气体分子受到的压力。
上述进一步方案的有益效果是：本发明通过得到的腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型，为建立受稀薄气体阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型提供帮助
再进一步地，所述步骤S303中退化模型的表达式如下：
Figure BDA0003231730480000062
其中，Qgas表示气体阻尼影响下的品质因子，λ2表示MEMS梳齿电容式加速度传感器的气体阻尼常数，其与梳齿数量以及质量块的形状有关，Cgas表示稀薄气体阻尼，b表示梳齿厚度，P(t)表示因在腔体内部材料释气以及腔体泄漏共同影响下腔体内部压强随时间变化的关系模型。
上述进一步方案的有益效果是：本发明通过建立受稀薄气体阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型，为MEMS梳齿电容式加速度传感器总品质因子的计算提供帮助。
再进一步地，所述步骤S4中在热弹性阻尼以及稀薄气体阻尼共同影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型的表达式如下：
Figure BDA0003231730480000063
其中，Q表示MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子，Qgas表示受稀薄气体阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器的品质因子，QT表示热弹性阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器的品质因子，b表示梳齿厚度，ρP表示MEMS梳齿电容式加速度传感器质量块质量密度ρP，Mm表示气体分子质量，R表示气体分子常数，T表示绝对温度，P(t)表示在材料释气以及泄漏共同影响下腔体内部在t时刻的压强，E表示梳齿杨氏模量，α表示材料的热膨胀系数，CP表示材料的比热容，ω表示通过实验得到MEMS梳齿电容式加速度传感器的简谐频率，τz表示松驰时间，pout表示腔体外部压强，p0表示初始时刻腔体内部的压强，L表示腔体的漏率，V表示腔体体积，χ表示梳齿的固体热扩散率。
上述进一步方案的有益效果是：本发明通过建立的MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型，为分析MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析提供帮助。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本实施例中MEMS真空封装器件内部气体含量随时间的变化关系示意图。
图3为本实施例中MEMS梳齿电容式加速度传感器结构简图。
图4为本实施例的MEMS梳齿电容式加速度传感器等效阻尼系统示意图。
图5为本实施例中MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子随压强的变化关系示意图。
图6为本实施例中MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子随时间的关系示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例
为了分析MEMS梳齿电容式加速度传感器性能退化问题，如图1所示，本发明提供了一种MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法，其实现方法如下：
S1、分析MEMS梳齿电容式加速度传感器梳齿在工作时的热弹性阻尼，建立在热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型，其实现方法如下：
S101、根据热力学以及材料力学原理，分析MEMS梳齿电容式加速度传感器梳齿在工作时的热弹性阻尼，获取MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子退化的相关参数：梳齿厚度b、梳齿杨氏模量E、梳齿的固体热扩散率χ、材料的比热容CP、绝对温度T、材料的热膨胀系数α以及通过实验得到MEMS梳齿电容式加速度传感器的简谐频率ω；
S102、根据所述相关参数，利用Zener黏弹性标准模型建立在热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型。
本实施例中，固体的在热弹性阻尼下的损耗因子1/QT可以定义为每振动弧度的能量损失率，根据Zener黏弹性标准模型，在简谐外力作用下，损耗因子可以表示为：
Figure BDA0003231730480000081
其中，Δ表示松弛强度，τz松弛时间。
对于振动梁而言，松弛强度Δ与松弛时间τz可以表示为：
Figure BDA0003231730480000091
Figure BDA0003231730480000092
其中，E0为未松弛时的杨氏模量。
结合式(1)、(2)、(3)可以得到振动梁因热弹性阻尼影响下的损耗因子1/Qbeam_T为：
Figure BDA0003231730480000093
由此可以得到MEMS梳齿电容式加速度因热弹性阻尼影响下的损耗因子为：
Figure BDA0003231730480000094
其中，λ1为常数，其值取决于质量块上梳齿的数量与形状。
S2、通过分析腔体部内真空度的影响因素，建立因在腔体内部材料释气以及腔体泄漏共同影响下腔体内部压强随时间变化的关系模型；
本实施例中，根据真空物理的基本理论以及真空封装工艺存在的问题，通过分析腔体内部真空度的影响因素，建立因腔体内部材料释气以及腔体的泄漏共同影响下，腔体内部压强随时间的变化关系。其实现方法如下：
S201、通过分析腔体部内真空度的影响因素，获取MEMS梳齿电容式加速度传感器的相关参数：腔体体积V、腔体外部压强Pout、腔体的漏率L以及通过实验及计算得到累计放气量qout(t)；
S202、根据所述相关参数，建立因在腔体内部材料释气以及腔体泄漏共同影响下腔体内部压强随时间变化的关系模型：
Figure BDA0003231730480000101
本实施例中，影响腔体真空度的因素有很多，如腔体泄漏，腔体内部材料放气，外部气体的渗透等。但主要的影响因素还是腔体泄漏以及腔体内部材料放气，材料都有着对气体的吸附特性，在封装前，待封装的零件会吸附部分气体，封装的腔体也会吸附气体，在封装完成后，这些气体会释放到腔体中。在达到平衡后，又由于温度的不断变化，材料会随着温度升高而放气，随着温度下降而吸气。另外，由于密封工艺以及材料本身属性等原因，密封腔体存在泄漏，泄漏一般较为稳定，随温度变化影响较小，是长期影响腔体内真空度的主要因素。
漏率引起的真空腔体压强变化满足：
Figure BDA0003231730480000102
其中，PL(t)表示在t时刻腔体内部由于泄露引起的压强变化，漏率L与腔体内外压强以及温度有关。
由式(6)可以得到真空腔体内，由于泄露导致的压强变化随时间的关系：
Figure BDA0003231730480000103
其中，p0表示初始时刻腔体内部的压强。
材料放气过程通常是由扩散速率决定的。对于有限厚度的平板材料，其放气速率为：
Figure BDA0003231730480000111
其中，N0表示材料内溶解气体的初始浓度，单位为Pa·L/cm3，F0表示初始时刻的出气速率，D表示扩散系数，单位为cm2/s，t时间单位为s，δ表示材料的半厚度，单位为cm。出气一段时间后，式中的高次项忽略，可以得到：
Figure BDA0003231730480000112
可以得到材料总体出气速率为
Fall＝aFc (10)
其中，a表示释气材料的与外界真空环境接触的面积，单位为cm2
由此可以得出一段时间的累计放气量为：
Figure BDA0003231730480000113
对式(10)两边同时取对数，可以得到出气速率随时间变化的通式：
lgFall＝A-Bt (12)
其中，A，B为常数。可以通过实验来lgQ与时间t之间的关系曲线，进而可以求得不同时间的总出气速率Fall以及总的出气量q。由于扩散系数D与温度有关，故材料的出气速率Fc是温度和时间的函数。
由于释气导致的压强变化与出气量的关系为：
Figure BDA0003231730480000114
其中，腔体体积V的单位为L。
对于没有加入吸气剂的真空封装腔体，其内部压强P(t)可以表示为：
Figure BDA0003231730480000121
本实施例中MEMS真空封装器件腔体内部气体含量随时间的变化关系如图2所示，结合式(11)，可以得出，材料的释气影响的是最初一段时间里腔体内部的真空度，且现在的封装工艺中普遍对腔体内部器件进行过除气处理材料的放气量大大减小，长时间影响真空度的主要因素为腔体的泄漏。因此，在MEMS器件运行了一段时间之后，腔体内部压强可以表示为：
Figure BDA0003231730480000122
S3、通过分析腔体内部压强与气体阻尼的关系，根据步骤S2的关系模型建立腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型，并根据所述腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型建立受稀薄气体阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型，其实现方法如下：
S301、通过分析腔体内压强与气体阻尼的关系，获取MEMS梳齿电容式加速度传感器的相关参数：气体分子常数R、气体分子质量Mm、绝对温度T、MEMS梳齿电容式加速度传感器质量块质量MP、MEMS梳齿电容式加速度传感器质量块密度ρP、梳齿与位于方向垂直面的面积Ac以及通过实验得到MEMS梳齿电容式加速度传感器的简谐频率ω；
本实施例中，MEMS梳齿电容式加速度传感器结构简图如图3所示。敏感元件是由一个H型惯性质量块以及质量块两端的多根向外凸出的梳齿(极板)组成的双齿式结构元件，上下有两个固定的质量块，称为锚，用于将质量块的限定在一定范围内振动，左右两边均有固定的梳齿电极，活动极板与固定极板成交错排列。当质量移动时，活动极板与固定极板间的间距会变化，从而引起系统的电容变化。该系统可以等效成由质量块和弹簧构成的单自由度阻尼二阶弹簧阻尼系统，如图4所示。
根据牛顿第二定律，当有加速度a输入时，系统的动态平衡方程为：
Figure BDA0003231730480000131
其中，c为系统阻尼，x质量块的位移。
将式(16)进行拉普拉斯变换有：
Figure BDA0003231730480000132
令
Figure BDA0003231730480000133
ω即为固有频率。
S302、根据步骤S2的关系模型以及步骤S301中的相关参数，建立腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型；
本实施例中，真空封装腔体并不是绝对的真空，真空是指指定空间内低于环境大气压强的气体状态，不同的真空状态意味着该空间具有不同的分子密度，真空封装密封腔内存在一定量的稀薄气体，且气体含量随着封装的泄露以及内部材料的释气而增加。
本实施例中，真空封装的腔体内部气体含量低，气体阻尼不适合用压膜阻尼以及滑膜阻尼的有关数学模型来描绘。Christian提出了自由分子模型来模拟稀薄气体的气体阻尼，就振动平板而言，作用域振动平板上的阻尼力可以由平板与气体分子的碰撞引起的能量传递率推导而来。Christian提出的稀薄气体阻尼为：
Figure BDA0003231730480000134
其中，P(t)是气体分子受到的压力，是时间的函数
由式(18)可知，稀薄气体阻尼Cgas和气体分子受到的压力P成线性关系。
S303、根据所述腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型建立受稀薄气体阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型。
本实施例中，气体阻尼影响下的损耗因子为：
Figure BDA0003231730480000141
在低真空状态下，由Christian模型可以推导出稀薄气体阻尼影响下，振动平板的损耗因子1/Qbeam_gas为：
Figure BDA0003231730480000142
梳齿电容式加速度传感器在稀薄气体阻尼影响下的品质因子为：
Figure BDA0003231730480000143
其中，λ2为常数，与梳齿数量以及质量块的形状有关。
S4、根据所述在热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型以及在受稀薄气体阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型，建立在热弹性阻尼以及稀薄气体阻尼共同影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型。
本实施例中，品质因子Q表示在一个周期中，质体所耗损的能量和原来的能量的比值，是决定MEMS加速度传感器性能的一个重要参数。造成品质因子下降的因素有很多，如：腔体内的气体阻尼，材料的热弹性阻尼，锚等结构阻尼消耗的能量，以及其他一些造成品质因子下降的因素。每个因素都可以看作是相互独立的损耗因子，损耗因子越大(造成的能量损失越大)，对品质因子的影响越占主导地位。损耗因子可以表示为1/Q，有：
Figure BDA0003231730480000144
由于结构阻尼以及其他损耗因素对能量的损耗较小，故损耗因子可以近似为：
Figure BDA0003231730480000151
图5为本实施例中MEMS加速度传感器品质因子与腔体内压力的关系，从图中可以看出，在真空封装中，由于腔体内部压强很低，系统能量损失主要来自于热弹性阻尼，在腔内真空度逐渐下降后，由气体阻尼对品质因子的影响逐渐占优势。
MEMS梳齿电容式加速度传感器工作一段时间后，其损耗因子可以表示为：
Figure BDA0003231730480000152
其中，Q表示MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子，Qgas表示受稀薄气体阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器的品质因子，QT表示热弹性阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器的品质因子，b表示梳齿厚度，ρP表示加速度传感器质量块质量密度ρP，Mm表示气体分子质量，R表示气体分子常数，T表示绝对温度，P(t)表示在材料释气以及泄漏共同影响下腔体内部在t时刻的压强，E表示梳齿杨氏模量，α表示材料的热膨胀系数，CP表示材料的比热容，ω表示通过实验得到MEMS梳齿电容式加速度传感器的简谐频率，τz表示松驰时间，pout表示腔体外部压强，pout表示腔体外部压强，p0表示初始时刻腔体内部的压强，L表示腔体的漏率，V表示腔体体积，χ表示梳齿的固体热扩散率。
S5、根据所述在热弹性阻尼以及稀薄气体阻尼共同影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型，对MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子进行分析，可以得到在热弹性阻尼以及稀薄气体阻尼共同影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子随时间的变化关系。
本实施例中，对MEMS梳齿电容式加速度进行了50天的品质因子检测，采样间隔为5天。结果如图6所示。从图中可以看出，品质因子的采样数据与理论计算所得到的品质因子退化趋势一致，验证了模型的正确性。
本发明分析了MEMS梳齿电容式加速度传感器各种参数与品质因子之间的关系，为MEMS梳齿电容式加速度传感器的设计及维护提供了参考依据，也为MEMS梳齿电容式加速度传感器的退化及寿命分析提供了帮助。

Claims (6)

1.一种MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、分析MEMS梳齿电容式加速度传感器梳齿在工作时的热弹性阻尼，建立在热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型；
所述步骤S1包括以下步骤：
S101、根据热力学以及材料力学原理，分析MEMS梳齿电容式加速度传感器梳齿在工作时的热弹性阻尼，获取MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子退化的相关参数：梳齿厚度b、梳齿杨氏模量E、梳齿的固体热扩散率χ、材料的比热容CP、绝对温度T、材料的热膨胀系数α以及通过实验得到MEMS梳齿电容式加速度传感器的简谐频率ω；
S102、根据所述相关参数，利用Zener黏弹性标准模型建立在热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型；
S2、通过分析腔体部内真空度的影响因素，建立因在腔体内部材料释气以及腔体泄漏共同影响下腔体内部压强随时间变化的关系模型；
所述步骤S2包括以下步骤：
S201、通过分析腔体部内真空度的影响因素，获取MEMS梳齿电容式加速度传感器的相关参数：腔体体积V、腔体外部压强Pout、腔体的漏率L以及通过实验及计算得到累计放气量qout(t)；
S202、根据所述相关参数，建立因在腔体内部材料释气以及腔体泄漏共同影响下腔体内部压强随时间变化的关系模型；
S3、通过分析腔体内部压强与气体阻尼的关系，根据步骤S2的关系模型建立腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型，并根据所述腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型建立受稀薄气体阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型；
所述步骤S3包括以下步骤：
S301、通过分析腔体内压强与气体阻尼的关系，获取MEMS梳齿电容式加速度传感器的相关参数：气体分子常数R、气体分子质量Mm、绝对温度T、MEMS梳齿电容式加速度传感器质量块质量MP、MEMS梳齿电容式加速度传感器质量块密度ρP、梳齿与位于方向垂直面的面积Ac以及通过实验得到MEMS梳齿电容式加速度传感器的简谐频率ω；
S302、根据步骤S2的关系模型以及步骤S301中的相关参数，建立腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型；
S303、根据所述腔体内稀薄气体阻尼与压强之间的关系模型建立受稀薄气体阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型；
S4、根据所述在热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型以及在受稀薄气体阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型，建立在热弹性阻尼以及稀薄气体阻尼共同影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型；
S5、根据所述在热弹性阻尼以及稀薄气体阻尼共同影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型，对MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子进行分析得到在热弹性阻尼以及稀薄气体阻尼共同影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子随时间的变化关系，完成对MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析。
2.根据权利要求1所述的MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法，其特征在于，所述步骤S102中在热弹性阻尼影响下加速度传感器品质因子的退化模型的表达式如下：
Figure FDA0003565744900000031
其中，QT表示热弹性阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器的品质因子，λ1表示MEMS梳齿电容式加速度传感器的热弹性阻尼常数，其值取决于质量块上梳齿的数量与形状，τz表示松驰时间。
3.根据权利要求1所述的MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法，其特征在于，所述步骤S202中关系模型的表达式如下：
Figure FDA0003565744900000032
其中，P(t)表示在材料释气以及泄漏共同影响下腔体内部在t时刻的压强，PL(t)表示在t时刻腔体内部因泄露影响下的压强，PF(t)表示在t时刻腔体内部材料释气影响下的压强，p0表示初始时刻腔体内部的压强，e表示自然数。
4.根据权利要求1所述的MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法，其特征在于，所述步骤S302中稀薄气体阻尼的表达式如下：
Figure FDA0003565744900000033
其中，Cgas表示稀薄气体阻尼，P(t)表示气体分子受到的压力。
5.根据权利要求1所述的MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法，其特征在于，所述步骤S303中退化模型的表达式如下：
Figure FDA0003565744900000034
其中，Qgas表示气体阻尼影响下的品质因子，λ2表示MEMS梳齿电容式加速度传感器的气体阻尼常数，其与梳齿数量以及质量块的形状有关，Cgas表示稀薄气体阻尼，b表示梳齿厚度，P(t)表示因在腔体内部材料释气以及腔体泄漏共同影响下腔体内部压强随时间变化的关系模型。
6.根据权利要求1所述的MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化分析方法，其特征在于，所述步骤S4中在热弹性阻尼以及稀薄气体阻尼共同影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子的退化模型的表达式如下：
Figure FDA0003565744900000041
其中，Q表示MEMS梳齿电容式加速度传感器品质因子，Qgas表示受稀薄气体阻尼影响下加速度传感器的品质因子，QT表示热弹性阻尼影响下MEMS梳齿电容式加速度传感器的品质因子，b表示梳齿厚度，ρP表示MEMS梳齿电容式加速度传感器质量块质量密度ρP，Mm表示气体分子质量，R表示气体分子常数，T表示绝对温度，P(t)表示在材料释气以及泄漏共同影响下腔体内部在t时刻的压强，E表示梳齿杨氏模量，α表示材料的热膨胀系数，CP表示材料的比热容，ω表示通过实验得到MEMS梳齿电容式加速度传感器的简谐频率，τz表示松驰时间，pout表示腔体外部压强，p0表示初始时刻腔体内部的压强，L表示腔体的漏率，V表示腔体体积，χ表示梳齿的固体热扩散率。
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