考虑封装的SAW谐振式传感器仿真研究

针对小体积射频声表面波(SAW)传感器性能受封装影响大的问题,该文提出了耦合模(COM)模型与三维电磁分析结合的仿真方法。利用COM模型计算出芯片的单端口S参数;使用三维电磁场仿真软件HFSS对表面贴装的陶瓷封装结构进行建模,仿真计算出封装的S参数;对芯片及封装结构S参数在电路仿真软件ADS中进行结合,得出考虑封装的SAW谐振式传感器仿真结果。实验制作了工作在428.5 MHz的SAW单端谐振传感器,采用该文所述方法仿真的理论结果与实验测量结果更接近,验证了上述方法的可行性。     

基于石英的声表面波宽量程气压传感器研究

该文提出了一种面向航天航空飞行器宽量程压力检测的声表面波(SAW)传感器的设计方法。在犢切石英晶体上,利用半导体平面工艺设计并制作了单端对谐振型传感器,在此基础上,通过石英干法刻蚀工艺制备了压力参考腔,并构建了全石英封装的面压式传感结构。利用搭建的气压测试平台,对制备的SAW 传感器性能进行测试,测试结果表明,传感器在0~3．6 MPa量程内获得了1．36kHz/MPa的检测灵敏度,并表现出良好的线性度。     

一种高电场激励效率的石英谐振元件设计

设计了一种谐振梁为双"W"截面形状的石英音叉谐振元件,通过在梁表面凹槽的两端设置深凹槽,有效提高了凹槽侧壁的陡直性,进而提高了电场的激励效率。经仿真对比,相对于"H"形截面的谐振元件,双"W"形截面的谐振元件的压电激励力提高约58%。设计了元件芯片工艺方案,并在直径50cm的晶片上制作出两种截面形状的谐振元件。测试结果表明,双"W"形截面的谐振元件的品质因数(Q)值和导纳分别由2 387、2 143ns提高至2 648、2 346ns,动态阻抗值由548kΩ降至417kΩ。     

小型不锈钢压力传感器与腐蚀介质相容 传感器可提供二倍于常规产品的特性

为OEM而设计的可与腐蚀介质相容的压力传感器采用一种新型压力传感器芯片,大量运用定元分析法以及对传感器性能建模和仿真,得到一种优化的芯片设计和传感器装配过程,使该产品在宽工作温度范围内,有高的稳定性并改善其它性能。 为保持被测介质与传感器之间的相容性,硅传感器元件由一层不锈钢膜片与压力介质隔开。新产品的传感     

介观压阻型硅微压力传感器仿真分析

为了突破传统机电转换局限,提高压力传感器灵敏度,提出以介观压阻效应[1]为工作原理制作高灵敏度的硅微压力传感器,设计了一种圆形的平膜片结构,建立其三维实体有限元模型,通过理论分析与仿真计算,得出该结构的尺寸对其灵敏度、固有频率、谐振频率及模态振型的影响规律,为此类压力传感器结构的优化设计提供参考。     

石英谐振器不同谐振频率的力敏特性研究

圆形晶片厚度切变石英谐振器是常用的力敏谐振器。它有固定的设计谐波次数和谐振频率。文章介绍了以设计频率为三次谐波、５ＭＨｚ的ＡＴ－切型谐振器为力敏元件的力传感器在不同电路中分别振动在基频、３次谐波、５次谐波和７次谐波四个谐振频率，并对其力敏特性进行了实验研究。分析了用提高谐振频率的方法提高力灵敏度的可行性和局限性。根据石英谐振器振动在不同谐振频率时力灵敏度的温度特性，找到了温度变化时由力灵敏度温度系数造成的测量误差的消除方法，分析比较了这种方法和选取特定施力方位角消除上述误差的方法之间的差别和适用范围，并找到了在一定温度范围内可同时测量力（压力）和温度的石英传感器的设计原理。     

热激励硅基谐振型压力传感器技术研究

提出一种以电阻发热实现梁激励的单梁硅基谐振型压力传感器结构。利用硅/硅键合、减薄抛光和IC工艺技术,开展硅基谐振型压力传感器技术的研究,解决了三维体加工与IC工艺兼容的关键技术问题,成功地研制出热激励硅基谐振型压力传感器样品。该器件在常压下测试,其品质因子Q值达到1362.5,证实了该谐振型压力传感器结构是可行的。这为研制硅基谐振型压力传感器提供了一种新的方法。     

基于L型悬臂梁的光纤光栅加速度传感器

为了测量低频小信号,提出了一种基于L型悬臂梁的光纤光栅(FBG)加速度传感器, 并进行了理论分析,推导出了其灵敏度及谐振频率表达公式。为了得出结构的最优参数,根 据理论公式进行了仿真分析得出仿真曲线。根据仿真曲线,选定传感器各个参数,制作出传 感器实物,分别对传感器灵敏度幅频响应,线性响应及横向抗干扰性进行了实验测试,实验 测试出传感器谐振频率280 Hz,在充装硅油阻尼后测量带宽为1Hz－ 240 Hz,测量带宽内响应 曲线平坦度在±1.5 dB以内,灵敏度可达到52 pm/g,线性相关性为99.97%,与理论谐振频 率290 Hz,灵敏度59 pm/g较吻合,表明了理 论分析的正确性,同时传感器具有较好的横向 抗干扰性,横向抗干扰性为4.2%,研究表明此传感器可以应用于低频 小信号场合的振动测试。     

基于CMOS反相器石英晶体振荡电路的PSPICE仿真

石英晶体振荡器是很常用的电子器件,在电路设计和教学工作中经常需要对石英晶体振荡电路进行仿真分析。通过实例介绍使用PSpice仿真软件对石英晶体振荡电路进行模拟仿真的方法。针对石英晶体振荡器的等效电路,分析了石英晶体的串联和并联谐振频率。讨论了石英晶振的仿真模型,并在仿真器中观察其起振波形和稳幅波形,测试其振荡频率。通过对元件的参数扫描,分析不同参数对振荡器的影响。     

硅微机械谐振压力传感器技术的发展

现阶段,硅微机械谐振压力传感器应该是稳定性最好及精确度最高的传感器,在航空航天及工业等领域内广泛应用。按照硅微机械谐振压力传感器目前研究成果,对硅微机械谐振压力传感器工作原理进行阐述,分析不同类别硅微机械谐振压力传感器芯体结构,对硅微机械谐振压力传感器未来发展方向进行分析,希望能够增加对硅微机械谐振压力传感器技术的了解。     

一种半岛型结构谐振梁压力传感器

提出了一种新型结构压力传感器 ,器件由上下两硅片键合而成 ,上硅片制作半岛型结构氮化硅谐振梁 ,下硅片制作矩形压力膜。应用有限元软件对器件结构及灵敏度进行了计算机模拟分析 ,器件利用MEMS技术研制并采用电热激励压阻拾振方式进行了测试。实验及理论模拟分析结果证实新型结构可以大大提高压力传感器灵敏度     

石英谐振式称重传感器的失效机理及可靠性分析

针对石英谐振式称重传感器的结构特点，对导致传感器产生失效的机理进行了分析。结合实验数据，确定了传感器的主要失效应力及失效表现形式，并进一步对传感器的可靠性进行了评估。分析和实验结果证明，将体声波石英谐振器用于结构式称重传感器的开发与生产是完全可行的，具有很好的发展前景。     

石英微机械陀螺敏感芯片的结构解耦特性研究

石英微机械陀螺敏感芯片通常采用双端音叉结构,驱动音叉和检测音叉的振动耦合误差是其主要误差源。对双端音叉结构陀螺敏感芯片进行了结构解耦设计仿真,分析了芯片安装区对检测音叉振动特性的影响。通过解耦设计,减小了零偏误差信号,提高了陀螺敏感芯片的稳定性。     

Optical vibrating quartz crystal pressure sensor using frustrated-total-internal-reflection readout technique

An optically driven, through photovoltaic conversion, pressure sensor is described which uses frustrated-total-internal-reflection between a critically cut optical fiber and a quartz crystal, mounted on a cantilever beam to sense the device resonant frequency. The change in this frequency as a function of applied pressure is measured in this sensor which relies upon an all-optical link to the control electronics.     

介观压阻型微压力传感器设计

运用共振隧穿双势垒（DBRT）结构中的一种压阻效应原理-介观压阻效应,用GaAs／AlAs／InGaAs DBRT结构薄膜作为敏感元件,设计了一个周边固支平膜片结构的压力传感器。并对介观压阻和普通压阻灵敏度的量级作出了比较,验证了介观压阻效应原理,可以提高压力传感器的灵敏度,为制造基于介观压阻效应的新型超敏感型传感器提供了一定的理论依据。     

基于表面等离子体共振的高灵敏度光纤微流控芯片

设计了一种可嵌入基于表面等离子体共振(SPR)光纤传感器的微流控芯片,可用于溶液浓度的测量。采用具有良好化学惰性的有机聚合材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为芯片主体的制作材料,在芯片中微流控通道内采用镀有60 nm金膜的多模光纤-光子晶体光纤-多模光纤(MMF-PCF-MMF)传感结构来激发SPR效应。当注入微流体通道的溶液浓度发生变化时,由于光纤传感部分外部折射率的变化引起SPR谐振谷移动,故该芯片可用于测量溶液浓度。本芯片微流控通道直径为0.2 mm,最高检测灵敏度可达8240.6 nm/RIU,具有便于实时测量、高灵敏度、高可靠性、溶液用量少等特点。     

Wireless tactile sensing element using stress-sensitive resonator

Robots that work with humans require a soft sensor skin to cover the entire body. In this paper, we propose a new method to realize such a skin. By implanting wireless sensing elements in an elastic body, we obtain an elastic and tough sensor skin which is able to be shaped freely. The element is a passive resonator chip whose resonant frequency reflects the stress around the chip. The resonant frequency is read out by a ground coil located at the bottom of the skin. The chip is simply composed of three functional parts: a coil for receiving and transmitting electrical power with wireless coupling, capacitance sensitive to stress, and ceramic resonator to provide high-Q resonance. The high quality factor brought by the ceramic resonator enables one to distinguish a large number of chips, and to sense the stress with high accuracy. The structure, the method of wireless signal detection, and basic experiments of tactile sensing are presented     

湿度传感器圆柱谐振腔辐射量的研究

作为汽轮机里湿度传感器的圆柱谐振腔,以 TE011模式工作。为了实时取样所测气体,在圆柱腔两个端面不同位置开多个圆环缝隙,产生了电磁场向外辐射,影响谐振腔的谐振特性及电磁环境。为了减少电磁辐射,研究电磁场从圆柱形谐振腔两端的圆环缝隙辐射的情况,谐振腔圆环缝隙的电磁场采用电磁场等价定理、边值条件及汉克尔变换,通过模式匹配推导缝隙结构的电磁场分布,给出了随不同开缝数量、位置、宽度及圆环厚度等结构参数的辐射情况。采用 MATLAB 数值计算圆环缝隙的辐射量;采用 HFSS 仿真圆环缝隙圆柱谐振腔,得到了圆环缝隙辐射量,仿真结果验证了理论方法的正确性。同时,给出了带有圆环缝隙的圆柱谐振腔作为湿度传感器的最佳结构参数。     

石英微机电陀螺的频率干扰特性研究

石英微机电陀螺是一种哥氏（Coriolis）振动陀螺,其敏感芯片采用音叉式结构,工作时音叉处于谐振状态。敏感芯片具有多阶模态,前9阶模态覆盖频率为3~21 kHz。敏感芯片的部分模态易受外部振动影响而导致敏感芯片产生共振,使陀螺产生零位偏移误差,陀螺的零位偏移误差可达0.5 （°）/s。该文分析了敏感芯片模态共振误差机理,提出通过结构错频设计避免外部环境特定频率对敏感芯片的影响,从而抑制了零位偏移误差,零位偏移误差减小到约0.03 (°)/s,提高了陀螺的振动环境适应性。