压电微悬臂梁微弱压电信号检测

压电微悬臂梁是一种利用压电元件的逆压电效应驱动微悬臂梁使其振动，并利用压电元件的压电效应来检测梁的变形量的集成微驱动器和微传感器。文中讨论了压电微悬臂梁中的压电元件的两种等效电路模型，并且提出了检测微压电信号的检测系统以及两种前放电路。在检测微悬臂梁频率响应特性的实验中得到了较好的结果。     

基于MEMS的硅基PZT薄膜微力传感芯片

为了测量毫克级的微小力,设计并制造了一种硅基PZT薄膜悬臂式微力传感芯片。采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了厚度不同(300~800 nm)的锆钛酸铅(Pb(ZrxTi1-x)O3)薄膜,薄膜表面均匀,无裂纹。通过测试和分析,研究了PZT薄膜的制备工艺参数和压电、铁电、阻抗特性。采用微机械加工手段制作了长度为1 000μm、500μm、250μm的硅基PZT薄膜微型悬臂结构。当在悬臂的自由端沿着厚度方向施加毫克级的微小力时,微型悬臂就会在厚度方向发生弯曲和振动,通过测量在压电材料表面电极上的电荷量,并通过计算可得到微型悬臂所受的集中力的大小,实现微力的测量。该文还对微力传感芯片的工作方式进行了研究,初步设计了传感器系统模型。     

辐射电场型压电薄膜实验研究

介绍一种新型的辐射式场压电薄膜(RFD).该薄膜在柔性薄膜(Kapton)上印制螺旋电极并对称粘结在PZT压电陶瓷薄片两侧,加载电压后,螺旋电极产生辐射式电场,驱动PZT压电陶瓷片产生径向变形.通过对RFD压电薄膜性能实验的研究,结果表明驱动电压和频率是影响膜片变形的主要参数;在 400 V、5 Hz的正弦波驱动下,RFD压电薄膜可获得最大位移.该文制作的压电膜片具有变形稳定,性能稳定可靠和易控制等优点.     

基于PVDF的呼吸信号检测腰带研究

针对人体睡眠状态呼吸信号检测的重要性,基于聚偏氟乙烯(PVDF)的正压电效应,研制了一种呼吸信号检测装置。装置前端由PVDF压电薄膜和可伸缩腰带组成,为获得稳定的呼吸信号,在压电薄膜和腰带间引入弹性结构。针对传感器输出端呼吸信号提取,设计了高品质、灵活的信号处理电路。测试结果表明,该装置检测的呼吸信号波形以周期性形态呈现,稳定性好,满足实际检测需要。     

基于PVDF的呼吸信号检测腰带研究

针对人体睡眠状态呼吸信号检测的重要性,基于聚偏氟乙烯(PVDF)的正压电效应,研制了一种呼吸信号检测装置。装置前端由PVDF压电薄膜和可伸缩腰带组成,为获得稳定的呼吸信号,在压电薄膜和腰带间引入弹性结构。针对传感器输出端呼吸信号提取,设计了高品质、灵活的信号处理电路。测试结果表明,该装置检测的呼吸信号波形以周期性形态呈现,稳定性好,满足实际检测需要。     

基于MEMS工艺的压电驱动的可变形反射微镜

可变形反射镜作为自适应光学系统的核心部件,通过与微电子机械系统(MEMS)技术的结合向微型化、集成化的方向发展.基于压电材料的逆压电效应,设计并制备了一种压电驱动的可变形反射微镜,可通过电信号的控制实现微镜的驱动控制.设计的可变形反射微镜由硅镜片、锆钛酸铅(PZT)驱动器和玻璃基板三部分结构组成.利用有限元仿真软件对硅...     

电声元件、器件

0020437铁电-硅集成微麦克风和扬声器的理论设计[刊]/任天令//压电与声光.—2000,22(4).—234～236(L)在现有 Pb(Zr,Ti)O_3(PZT)铁电薄膜的制备工艺基础上,提出并设计了可集成在同一芯片上的基于PZT 铁电薄膜的压电型微麦克风、扬声器结构,对其灵敏度和声输出进行了理论计算。比较了基于 PZT和 ZnO 两种材料的微麦克风和扬声器的性能差异。参5     

水热法制备压电双晶片的研究

用水热合成法在金属基板上制备了压电双晶片,该法简单,成本低。为了更好地研究双晶片的特性,利用扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)技术,对PZT薄膜的特性进行了较为详细的研究。发现PZT薄膜由平均尺寸约为5μm的PZT晶粒组成,其物相组成成分PbTiO3和PbZrO3的比值约为53/47,处在准同型相界附近。根据试验中测得数据,计算出了薄膜的平均密度;并建立了双晶片位移驱动模型,由该模型得到压电系数d31,并研究了双晶片的铁电性。     

压电半球谐振陀螺的数字检测方法

提出了一种压电半球谐振陀螺的数字检测方法。该检测方法基于Cyclone IV FPGA开发板,结合AD9226的A/D采样功能和Matlab的数字信号处理能力,实现了对采用压电效应、柯氏效应的压电半球谐振陀螺的输出信号进行采集及检测。介绍了该陀螺的结构和工作原理,并以其工作在89.4 k Hz的体声波二波腹模态下的仿真结果为基础设计了数字检测方法。     

隔膜式压电驱动器的制备及其在微泵中的应用

利用块材钛酸锆铅(PZT)材料的逆压电效应设计并制备了可用于微泵驱动的压电驱动器,通过5种结构模型的仿真分析确定了压电驱动器的隔膜式结构,在获取较大中心位移的同时有效提高了结构强度,增加了驱动器的适用性。工艺上通过键合、减薄、激光烧蚀及硅的湿法刻蚀工艺完成了器件的制备,施加频率10 Hz和100 Hz的交变信号测出了中心膜片位移与对应电压的关系,施加峰峰值为1 V的信号测得共振频率为70 kHz。基于制备的压电驱动器设计并制备了机械式带止回阀的微泵,经测试泵入、泵出功能正常。当对微泵外加峰峰值为30 V、频率为500 Hz的驱动电压信号时,每分钟能驱动的液体流量为55μL。该驱动器的驱动效果好,可进一步结合不同的微阀设计制备性能更加优良的微泵。     

压电振动微机械陀螺研究

本文介绍了一种新型的压电振动微机械陀螺，与其它大多数压电陀螺不同，它不需要弹性元件，由压电材料本身构成振子完成陀螺功能，由ＰＺＴ薄膜材料做成的平板沿厚度方向极化并受电激励产生厚度伸缩振动，当一输入角速度作用于振子，根据哥氏效应，则在极化轴和输入角速度轴组成的闰面垂直方向上产生一正比于输入的速度大小的感应电压，它是一种双轴陀螺，本文给出了它的物理模型，并用ＰＺＴ陶瓷晶体做了宏观模拟实验，实验结果与理     

双压电复合薄圆板驱动器的理论分析

双压电膜是由压电材料层、环氧树脂层、金属层组成的复合薄圆板。将多层双压电膜组合在一起构成管内移动微小机器人的驱动器。文章基于压电和金属材料的弹性薄板理论，应用瑞利-李兹近似求解法，推导了在固支与简支两种边界条件下，双压电膜的弯曲振动的固有频率与相对庆的振型的计算表达式。将理论计算与有限元分析的结果进行对比分析，结果表明，两者的计算结果吻合好，验证理论分析的正确性。分析与讨论了压电层与金属层的厚度对固有频率的影响。此研究为微小型机器人驱动器的优化设计提供理论依据。     

PT种子层对PZT薄膜结晶及压电性能的影响

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在Pt/Si衬底上制备了PbTiO3 (PT)薄膜和Pb (Zrx,Ti1-x)O3(PZT)薄膜,研究了退火温度以及PT种子层对PZT薄膜结晶及压电性能的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,制备的PZT薄膜为纯钙钛矿结构的多晶薄膜,有PT种子层的PZT薄膜晶粒尺寸更大,(110)面取向度更高,结晶性能更好;原子力显微镜(AFM)结果表明,制备的薄膜表面形貌比较平整、均匀、无裂纹;压电力显微镜(PFM)结果表明,压电力显微镜(PFM)结果表明,有PT种子层时,PZT薄膜的平均压电系数d33为128～237 pm/V,无PT种子层时平均压电系数d33为21～29 pm/V。在升温速率为10 ℃/s的退火条件下保温10 min时,随着退火温度的升高,PZT薄膜晶粒尺寸增大,粗糙度增大,(110)面取向度升高,平均压电系数d33增大。PT种子层能够有效的改善PZT薄膜的结晶性能和压电性能。     

用于微传感器中PZT压电薄膜的制备和图形化

采用溶胶-凝胶法在Si/Si3N4/Poly-Si/Ti/Pt基片上制备PZT压电薄膜, 为了选择更适合微电子机械系统(MEMS)器件的压电薄膜,采用一般热处理和快速热处理对锆钛酸铅(PZT)压电薄膜进行干燥和结晶.首先,采用V(H2O):V(HCL):V(HF)＝280 mL:120 mL:4drops(4滴HF溶液)配比的腐蚀液在室温下对未结晶的PZT压电薄膜进行了湿法腐蚀微细加工;然后,对图形化好的压电薄膜进行再结晶的热处理,实验结果表明这种方法可用于压电薄膜微器件的制备.     

微米级PZT驱动器尺度相关的自由振动分析

根据修正偶应力理论和哈密顿原理,并结合经典的层合梁理论,推导出具有层合结构、考虑力 电耦合作用的微米级均质、非均质锆钛酸铅(PbZrTiO3,PZT)智能驱动器尺度相关的运动控制方程和固有频率。通过引入的材料内禀特征尺寸参数,成功捕获了微米级PZT智能驱动器的尺寸效应。数值分析显示,不同基体材料对微米级均质、非均质PZT智能驱动器归一化固有频率影响较小;压电层厚度不变,随着基体厚度增加,微米级PZT驱动器尺寸效应逐渐变小;随着结构特征尺寸逐渐增大,尺寸效应逐渐消失。     

多层微悬臂梁压电薄膜致动器的静态分析

考虑缓冲层和电极层,建立了一个多层微悬臂梁压电薄膜致动器的静态模型来评估微悬臂梁的致动器的静态性能。对此模型致动器的自由端挠度和致动力进行模拟,同时将得到的结果与有限元模型结果进行对比验证模型的正确性。对比可知,理论模型与有限元模型相符。这项研究为压电致动器的结构设计和性能改善提供了帮助。     

压电薄膜自适应变形微反射镜阵列研究

介绍了自适应光学系统中的一种全新的基于Pb（ZrxTi1-xO3）（PZT）薄膜的微反射镜阵列。通过控制PZT薄膜两端电压实现微镜单元的微量形变，改变反射镜局部面形，校正畸变波面的波差，改善成像质量。该方案在重掺杂Si片基底上依次制备PbTiO3（PT）、PZT，最后镀Al作为反射面，形成Si／Pr／PZT／Al的膜层结构。对制备完全的试片在数字波面干涉仪上进行了形变测试，尽管受到了薄膜热形变作用的影响，仍实现了约1．2μm的可控形变，证明该方案用做自适应变形反射镜的可行性。     

Simulation and calculation of the piezoelectric modulus of a lead zirconate-titanate thin film in a test microstructure

Results of simulation of stresses in the test structure of a silicon beam and analytical calculation of piezoelectric modulus d ₃₁ of a lead zirconate-titanate (PZT) thin film arranged in the region of an elastic element are presented. The characteristics of the sensitive element of acceleration are calculated based on a PZT thin film with an inertial mass made of silicon.     

硅基PZT压电薄膜微传感器的结构设计和实验研究

对硅基锆钛酸铅(PZT)压电薄膜微传感器进行了结构和版图设计.根据MEMS加工工艺和标准硅基IC工艺的特点,获得了硅基PZT压电薄膜微悬臂梁结构系统工艺流程中的关键工艺技术和典型工艺条件.对PZT压电薄膜的制备和微细图形化进行了较为详细的实验研究,最后成功地制备出硅基PZT压电薄膜微传感器样品.这对集成化芯片系统的进一步发展打下了良好的实验基础.