仿桥梁护舷式抗高过载加速度传感器设计

为了解决用于外弹道信息测量的MEMS加速度传感器无法承受弹丸发射过程中膛内的高过载,易产生器件损坏的问题,设计了一种具有抗高过载能力的低量程电容式加速度传感器.在传感器梁上应力较大、相对易受到撞击而产生断裂的端部位置设置了仿桥梁护舷式的防护台结构,该结构能以自身形变吸收部分撞击时的能量,从而减小传感器本身因撞击而产生的变形.有限元仿真结果表明:引入这种桥梁护舷式防护台的加速度传感器在30000g过载情况下受到的应力由引入前的994.88 MPa降低至70 MPa,因过载导致器件损伤断裂的可能性大幅降低,符合提高传感器抗过载能力的设计预期.     

采用微机械加工技术的微光学加速度

表面微机械加工技术是实现单片集成微光学系统的一种新方法。本文介绍一种新型的采用微机械加工技术的微型光学加速度计,包括设计、关键器件的加工和测试,它是基于光线和光闸相互作用引起通光量变化的工作原理。这一微光学加速度计包含一个2μm厚的多晶硅光闸,光闸采用微弹簧支撑在基片上,微弹簧是长度为200μm的多晶硅褶曲梁,硅基片和微结构之间所夹的牺牲层采用氢氟酸湿法刻蚀去除。光闸设计为一个质量弹簧系统,对加速度力产生响应。     

一种铰链式高量程加速度传感器及其力学性能分析

提出一种铰链式结构的高量程加速度传感器,该结构可使加速度传感器在保持一定灵敏度的情况下大大提高器件固有频率,从而在更宽的频带内真实地反映冲击过程的加速度信号波形.建立简化模型和改进模型分析该加速度计的力学性能,并用ANSYS模拟验证两种模型的计算结果.其中改进模型考虑了质量块的变形以及梁和铰链的质量影响,提高了器件固有频率的计算精度,计算结果更接近于ANSYS分析结果.最后由模拟分析数据得出该加速度计结构参数的优化.     

微机械电容式加速度传感器仿真分析

微机械加速度传感器的检测模态特征频率和有效量程是进行传感器设计时必须要考虑的2个重要参数。文中在对传感器检测模态频率进行有限元分析的基础上,利用电路仿真软件Multisim对传感器等效电路进行了谐振频率分析,并根据线性度指标求得了传感器的有效量程,为微机械加速度传感器的设计提供了参考。     

孔缝双桥结构高性能压阻式加速度传感器

针对装备智能化与监测系统无线化发展对振动传感器的要求,基于微机电系统和应力集中技术,提出并研制一种具有孔缝双桥结构的高灵敏度、高固有频率的压阻式微型加速度传感器。结合理论分析与数值计算方法,分析该结构的特性,通过研究孔缝尺寸对传感器性能的影响确定传感器敏感结构尺寸。传感器芯片采用微细加工工艺制作,并在简单的封装之后进行静态、动态性能测试。试验结果表明,孔缝双桥结构加速度传感器在3 V供电电压下,灵敏度可达到0.424 mV/g,相对传统双桥结构提高了60%以上,而测得的固有频率相对于传统双桥结构仅略有下降,仍在10 kHz以上。孔缝双桥结构加速度计通过引入应力集中孔缝,以较小的固有频率损失,明显提高了传感器的测量灵敏度,具有更为优良的综合性能。     

高量程压阻加速度传感器横向响应的测试及分析

文中提出了一种高量程压阻加速度传感器的灵敏度和横向灵敏度参数在动态冲击环境下的简易测试方法.采用金属杆自由落体的比较法,即将待测试的加速度传感器和已标定过的加速度传感器以背靠背的形式固定在金属杆的尾端,金属杆从一定高度自由落下与放置在地面上的金属砧发生相互碰撞,利用双通道放大器和计算机数据采集系统同时记录两路信号.实验中分别对6 000 g和60 000 g的压阻加速度传感器进行了研究,该方法具有较好的重复性和可靠性,并分析了测试偏差来源对横向响应的影响.     

利用波形比较法进行高量程加速度传感器横向响应的测试研究

提出一种高量程加速度传感器横向响应的测试方法--波形可识别的比较法,对高量程加速度传感器非敏感方向(横向)的输出特性进行测试研究.实验中采用自由落杆的方法,将已经标定过的传感器和带测试的传感器以背对背的方式进行安装,通过同时比较监控两通道的输出波形,可以确定器件的横向灵敏度.此方法简单可靠,并容易实施,对测试中产生的误差进行分析.     

时钟抖动下加速度测量值的数值双积分误差(英文)

采用蒙特卡洛分析法,对由于时钟抖动造成的加速度计定位误差进行了系统的分析.仿真结果表明,在存在时钟抖动的情况下,加速度测量值是渐近服从高斯分布的,这个结果与理论分析相吻合.对积分距离的方差与时钟抖动之间的关系进行了分析,理论及仿真分析结果都表明了噪声的数值双积分的积分误差与时钟抖动的大小成正比.当输入一个幅值为1g,周期为1 s的正弦波加速度信号时,1 s后数值双积分的积分误差与时钟抖动的比例系数为0.261 1.     

胶囊式胃肠道取样微机电系统的设计研究

介绍一种胶囊式胃肠道取样微机电系统的设计模型和控制电路的设计 ,它将实现在人体胃肠道内无创取样 ,为提高治疗的准确性提供依据     

体内胶囊式药物释放微机电系统机构设计研究

提出一种新型的胶囊式药物释放微机电系统的设计模型。该系统以实现药物在人体内定时、定位释放为主要目的。探讨该系统的机构和控制电路设计中的一些关键技术和难点。     

仿昆微扑翼飞行器三维整体设计及制造

MEMS技术在毫米尺度制造中站主导地位,然而在厘米尺度甚至更大尺度下的机构仍是使用许多传统方法制造的,在毫米至厘米尺度范围内存在的介观尺度的器件仍难以制造。针对在这种尺度内的仿生微扑翼飞行器和其复杂微小结构极难手工装配的制造工艺问题,提出了一种三维整体结构的多功能制造方法,即由包含刚性层和柔性层的多片图案化碳纤维层在多个选定的位置处进行叠置和粘结,形成具有多个层间粘结的层压结构,并且在这种层压结构中刚性层之间的柔性层可以挠曲伸展成三维结构。使用这项工艺方法,制造出了一架重约100mg的可从平面结构伸展成三维结构的精密型微扑翼飞行器,研究结果验证了该种设计方法及工艺流程的可行性和有效性,为微扑翼飞行器在工业上规模化制造商提供了崭新的途径和指导意义。     

阀片式硅微流量传感器的研究

提出了一种结构简单、易于加工的阀片式硅微流量传感器。该微流量传感器通过阀片将流量转换为梁表面弯曲应力,再由集成在阀片上的压敏电阻桥检测出流量信号。该传感器采用硅微细加工工艺制作,直接在单晶硅上加工出阀片和压敏电阻桥。该微流量传感器芯片尺寸３ ．５×３．５（ｍ ｍ） ,封装后的外形尺寸为Φ１０×４（ｍ ｍ） ;在１０ ～２００ｍｌ／ｍｉｎ 的气流量下,线性度优于５ ％ ．     

陶瓷微板热隔离半导体气体传感器阵列设计与实现

具有高浓度、挥发性、强氧化性的液氯、氮氧化物等危化品泄露、爆炸的安全检测一直是一个难点问题,要求检测传感器具有较宽量程和抗腐蚀设计。基于Al N陶瓷的微热板半导体气体传感器阵列设计,采用耐腐蚀的Al N陶瓷为衬底,物理化学性能稳定的Pt膜作为信号和加热器电极,经杂化修饰的In-Nb复合半导体氧化物为敏感材料,结合柔性光刻剥离工艺和激光微加工工艺,制备了陶瓷微板热隔离气体传感器阵列。为验证传感器阵列热结构设计的合理性,进行了有限元热仿真分析,优化了设计结构。经静态气敏测试分析,传感器阵列对浓度体积比500×10~(-6)的Cl_2和100×10~(-6)的NO_2两种气体的气敏响应时间分别为30 s和60 s左右,灵敏度最高分别为275倍和4倍,且在0~500×10~(-6)和0~100×10~(-6)检测范围均具有良好的气敏特性,对Cl_2等高浓度宽量程危化品气体检测具有良好的应用前景。     

新型微加速度计研究进展

微加速度计是一类极为重要的微惯性传感器,广泛应用于振动检测、惯性测量、惯性导航等多个技术行业。随着微纳加工技术的日趋成熟,微加速度计技术的发展受到广泛关注。中文对近年来基于微机电系统和微光机电系统的微加速度计最新研究进展进行综述,简要介绍各种微加速度计的基本工作原理、优势和不足之处,并对各种类型微加速度计的性能进行综合对比分析,讨论出适用于高精度惯性测量及惯性导航等应用方向的微加速度计设计方案,最后分析其仍面临的各种技术挑战,展望未来发展方向。     

光栅式宏/微应变传感器的设计

为满足桥梁及深海设备对毫米级测量范围和纳米级测量分辨力的应变测量要求,设计了一种基于光栅莫尔条纹测量原理的宏/微应变传感器。该传感器由上下两个滑块构成,滑块之间不设置导向机构,而是由弹簧片连接,以避免被测件的横向形变对传感器上下滑块导向机构的影响并由此影响到传感器的安装条件。考虑到弹簧片能够对传感器支撑结构产生附加形变,对支撑结构的形变进行了理论计算和有限元仿真。理论分析和实验结果表明,在-2~2mm形变测量范围内,传感器的测量分辨力小于5nm,而由支撑结构产生的最大附加形变小于20nm。     

MEMS微加速度传感器的系统级仿真

概述了适用于MEMS系统仿真的几种方法,着重介绍了这些方法的基本思想、缺点,并初步实现了典型叉指电容式微加速度传感器的系统级仿真.     

用于低gn值微惯性开关的低刚度平面微弹簧设计与制作

针对低gn值微惯性开关对微弹簧系统刚度的要求(0.1～1 N/m数量级),设计了一种基于平面矩形螺旋梁结构的平面微弹簧.假设材料均匀、连续且具各向同性,根据材料力学的卡氏定理和线弹性理论,推导得到了微弹簧的弹性系数计算公式,并根据ANSYS有限元仿真分析结果对其进行了修正.基于多层高深宽比硅台阶刻蚀方法,采用MEMS体...     

微隧道式加速度计的最优控制

为了扩大隧道式加速度计(MTA)的动态测量范围并通过降低系统中的主要噪声来提高器件的性能,本文为隧道式加速度计(MTA)设计了线性二次高斯(LQG)控制器.推导了微隧道式加速度计的线性化状态-空间方程;依据分离定理,设计了卡尔曼滤波器和最优状态反馈控制器;最后,在Matlab/Simulink中构建了由卡尔曼滤波器和最优状态控制器串联的LQG仿真系统并进行了动态和静态测试.仿真结果表明,LQG最优控制系统能够将微隧道式加速度计的带宽从2×103 rad/s扩大到3×106 rad/s.通过LQG最优控制,静态测试结果显示其静态隧道电流的波动从1 nA～2.95 nA降到0.73 nA～l.14 nA;动态实验数据表明其在方波加速度信号的作用下能够将隧道间隙维持在1 nm.     

铰链式高冲击微加速度传感器封装的有限元模拟

给出了一种新型铰链式高冲击微加速度传感器实际封装结构的有限元模拟分析。首先分析了封装前铰链式加速度传感器的振型,然后分析了封装结构在无灌封和五种不同灌封材料下的前十阶模态频率特性。灌封胶弹性模量对封装后加速度传感器整体结构的振动模态有一定的影响,封装结构同一振型的模态频率随着灌封胶弹性模量的增大而增大,但是灌封胶弹性模量很小时(E≤1 GPa)会导致加速度传感器信号失真。模拟结果表明,可以选择弹性模量足够高的材料(E>9 GPa)作为高冲击加速度传感器的灌封材料。     

基于MEMS传感器的无线传感网络节点的硬件设计

为了解决对建筑物的结构健康安全监测进行在线监测的问题,采用微机电系统(MEMS)技术和无线传感器网络技术相结合的方法,提出了一种基于磁驱动增大检测电流的新型电容式加速度传感器结构,介绍了其工作原理,并设计了该传感器的电容检测电路,在ANSYS仿真软件上对传感器性能进行了评价,在Multisim上对检测电路进行了模拟仿真;仿真结果表明,该传感器可以检测三维加速度信号,静态灵敏度可达0.558μm/g,动态测量范围为10 g,电路实际输出与仿真结果相符,符合要求;在节点整体方案设计中以低功耗的MSP430F1611作为控制MCU,以CC2430芯片实现无线收发,配合周围接口电路实现了位移信号的监测功能;采用片内温度传感器对节点进行了测试。测试结果表明,该节点能够完成监测,满足设计要求。