硅微谐振式加速度计(SRA)相比传统的高精度加速度计具有尺寸小、质量轻、功耗低的优点,相比于电容式等其他原理的微机电(MEMS)加速度计又具有动态范围大、灵敏度高等优势,在小型化、高精度导航领域具有很广泛的应用前景,近20年来一直处于快速发展中,成为各大学术机构的研究热点之一。虽然谐振式加速度计的电路已经在中高频噪声和功耗方面都取得大幅提升,但该类器件的频率漂移及低频噪声等依然极大地影响导航精度,使其与传统的加速度计相比还有很大的差距。频率漂移与低频1/f噪声的根本原因在于加速度计谐振器的温度特性与非线性振动两个非理想因素。本文从结构设计的角度研究并提出抑制非线性刚度与热应力影响的结构设计方案,根据设计目标协调优化设计并完成原理样机,从而提升了硅微谐振式加速度计的若干关键性能。首先,围绕SRA的基础元件——谐振器,对其包含振动非线性与温度耦合的动力学响应进行系统建模,建立其动力学方程,并求解系统的动力学响应。该模型能够针对SRA的振梁式谐振器在温度变化的环境中,通过数值解法描述其非线性动力学响应并进行预测,分析响应的变化规律,揭示振动非线性与温度耦合的机理,从而为后续的理论分析和结构设计奠定基础。其次,本文通过分析影响谐振器振动非线性的因素,对非线性刚度进行力学分析、建模与计算,量化了典型SRA敏感结构中的谐振器振动的幅频效应。更进一步,提出了 C形梁的谐振器结构改进设计方案,使得非线性刚度降低为原来的41%,使谐振器的线性振动范围提升了 66%,有助于降低幅度噪声对信号的影响。最后,通过实验方法验证了理论分析与设计方案。第三,本文对温度变化导致的谐振器频率漂移问题进行了系统研究。首先,分析了硅材料特性与分布在敏感结构上的应力随温度的变化与谐振器频率漂移的关系,并通过有限元仿真进行验证。其中,热应力随机、不可控的特点导致其引起的漂移难以补偿,故本文提出了一种与MEMS工艺兼容的应力释放结构,利用平面式的柔性结构与刚性结构的结合,使得结构锚点处的热应力被显著的抑制,从而有效地降低了谐振器的频率温度系数,极大提升了谐振式加速度计的环境温度适应性。该类应力释放结构设计同样适用于对热应力敏感的所有MEMS传感器。第四,融合上述设计方案,根据版面及工艺的限制,本文分析了整体结构各个部分的关系,建立了改进后的SRA敏感结构标度因数的理论模型,为优化设计提供了理论依据。同时,提出了改进后的SRA敏感结构,以提升标度因数为目标的协调优化设计方法,并根据优化结果设计并实现了 SRA新结构原理样机,其中的MEMS结构在80μm SOI工艺下流片加工,使用LCC陶瓷管壳封装并焊接在分立器件构成的PCB电路板上。最后,综合所有实验表明,该原理样机主要在温度性能、标度因数及与闪频噪声相关的零偏不稳定性等方面得到改善,其谐振器频率温度系数从原来的近-1000ppm/℃可降低至与硅材料温度特性相当的水平(约-32ppm/℃)。最终测试加速度计样机的量程为±50g,标度因数为124.2Hz/g、零偏稳定性为9.6μg、零偏不稳定性为1.3μg、白噪声密度为1.2 μg/(?)以及阈值为34.9μg。