压电石英晶体线加速度计

加速度计是惯性制导和惯性导航等应用中重要的传感器之一,其原理和结构多种多样.本文详细介绍了新近研制的悬臂梁式压电石英晶体线加速度传感器.实验表明:分辨率优于10~(-2)m/s~2,非线性度低于1%,测量上限可达1000m/s~2.     

声表面波加速度计

悬臂梁声表面波加速度计是一种高分辨率(10~(-4)-10~(-5)m/s~2,高灵敏度(10kHz/m/s~2在251MHz)及高稳定性(频率稳定度10~(-9))的加速度计.它具有成本低、重复性好、结构简单、易集成等特点.     

基于MEMS的压阻式三轴加速度计的设计与测试

随着微机电(MEMS)产业的兴起,加速度计正在向微型化,集成化,高可靠性,高灵敏度的方向发展,具有广泛的军事和民用前景。在此提出了一种压敏电阻完全对称分布的“8梁—质量块”结构的硅微压阻式三轴加速度计,与传统的单悬臂梁结构或悬臂梁—质量块结构相比,这种结构具有更高的灵敏度和更小的轴间耦合度。介绍了采用ANSYS软件进行结构分析的过程,给出了三轴加速度计敏感单元的制作工艺流程。通过对加速度计的静态测试得出X、Y、Z轴的灵敏度分别为SX=48*10-6V/g, SY=54*10-6V/g, SZ=217*10-6V/g,非线性度分别为0.4%,0.6%,0.4% 。     

梳齿差分电容式体硅微加速度计(英文)

提出了一种体硅微加速度计的设计和制造方法,同时设计了它的闭环反馈伺服电路,分析了加速度计的质量块、悬臂梁和梳尺间隙对量程、非线性、灵敏度、抗冲击能力和带宽等特性的影响。已经加工出的微加速度计,其全量程为±60g,非线性度0.2%,带宽1kHz,灵敏度200mV/g,抗冲击能力10kg。对由加速度计结构设计、温度和伺服电路造成的零位漂移现象进行了分析,提出了一种制造微加速度计的新颖MEMS工艺———正面释放体硅工艺。     

单片集成的高性能压阻式三轴高g加速度计的设计、制造和测试

设计、制造并测试了一种单片集成的压阻式高性能三轴高g加速度计,量程可达105g.x和y轴单元均采用一种带微梁的三梁-质量块结构,z轴单元采用三梁-双岛结构.与传统的单悬臂梁结构或者悬臂梁-质量块结构相比,这两种结构均同时具有高灵敏度和高谐振频率的优点.采用ANSYS软件进行了结构分析和优化设计.中间结构层主要制作工艺包括压阻集成工艺和双面Deep ICP刻蚀,并与玻璃衬底阳极键合和上层盖板BCB键合形成可以塑封的三层结构,从而提高加速度计的可靠性.封装以后的加速度计采用落杆方法进行测试,三轴灵敏度分别为2.28,2.36和2.52 μV/g,谐振频率分别为309,302和156 kHz.利用东菱冲击试验台,采用比较校准法测得y轴和z轴加速度计的非线性度分别为1.4%和1.8%.     

单片集成的高性能压阻式三轴高g加速度计的设计、制造和测试

设计、制造并测试了一种单片集成的压阻式高性能三轴高g加速度计,量程可达105g.x和y轴单元均采用一种带微梁的三梁-质量块结构,z轴单元采用三梁-双岛结构.与传统的单悬臂梁结构或者悬臂梁-质量块结构相比,这两种结构均同时具有高灵敏度和高谐振频率的优点.采用ANSYS软件进行了结构分析和优化设计.中间结构层主要制作工艺包括压阻集成工艺和双面Deep ICP刻蚀,并与玻璃衬底阳极键合和上层盖板BCB键合形成可以塑封的三层结构,从而提高加速度计的可靠性.封装以后的加速度计采用落杆方法进行测试,三轴灵敏度分别为2.28,2.36和2.52 μV/g,谐振频率分别为309,302和156 kHz.利用东菱冲击试验台,采用比较校准法测得y轴和z轴加速度计的非线性度分别为1.4%和1.8%.     

GaAs基共振隧穿微加速度计的研究

研究了一种新型的GaAs基压阻式共振隧穿微加速度计结构。该微加速度计的压敏元件采用AlAs/In0.1Ga0.9As双势垒共振隧穿纳米薄膜结构。加速度计的压敏元件和悬臂梁的加工分别利用空气桥工艺和控制孔工艺。对加工出来的加速度计结构进行振动台实验,初步测得传感器的灵敏度为7.6mV/g,线性度为0.16%。     

GaAs基共振隧穿微加速度计的研究

研究了一种新型的GaAs基压阻式共振隧穿微加速度计结构.该微加速度计的压敏元件采用AlAs/In0.1Gao.9As双势垒共振隧穿纳米薄膜结构.加速度计的压敏元件和悬臂梁的加工分别利用空气桥工艺和控制孔工艺.对加工出来的加速度计结构进行振动台实验,初步测得传感器的灵敏度为7.6 mV/g,线性度为0.16%.     

GaAs基共振隧穿微加速度计的研究

研究了一种新型的GaAs基压阻式共振隧穿微加速度计结构。该微加速度计的压敏元件采用AlAs/In0.1Ga0.9As双势垒共振隧穿纳米薄膜结构。加速度计的压敏元件和悬臂梁的加工分别利用空气桥工艺和控制孔工艺。对加工出来的加速度计结构进行振动台实验，初步测得传感器的灵敏度为7.6mV/g，线性度为0.16%。     

用于矢量水听器的压电单晶面剪切模式加速度计设计

面剪切振动模式产生于[011]极化方向zxt-45°切型的压电单晶,因具有高压电系数、高机械品质因数、高柔顺系数和低串扰效应等优点,故面剪切模式成为小尺寸、高灵敏度压电传感器的理想选择,在矢量水听器中有着良好的应用前景。该文通过分析面剪切模式振动原理,推导了面剪切模式压电加速度计的电压灵敏度表达式。利用有限元分析软件构建面剪切加速度计模型,研究结构参数对面剪切压电加速度计电压灵敏度和谐振频率的影响规律,优化结构尺寸,最终仿真得到面剪切加速度计开路电压灵敏度为389.72 mV/g,工作频带为20 Hz~3 kHz,横向灵敏度小于3.45%。研究结果表明,与传统的剪切式加速度计相比,所设计的面剪切式加速度计在质量块质量降低50%的同时,电压灵敏度提高了11.6%,这为降低水听器的平均密度、提升水声探测性能提供了新思路。     

一种具有"8悬臂梁-质量块"结构的新型硅微加速度计

提出了一种具有"8悬臂梁-质量块"结构的新型三明治式硅微机械电容式加速度计,用微机械加工工艺在(111)硅片上制作出了具有信号输出的器件.该加速度计的惯性质量块由同一(111)硅片上下表面对称分布的8根悬臂梁支撑.这些悬臂梁是利用(111)硅在KOH溶液中的各向异性腐蚀特性结合深反应离子刻蚀(DRIE)实现的,其尺度精确可控,保证了结构的对称性.该加速度计的谐振频率为2.08kHz,品质因子Q为21.4,灵敏度为93.7mV/g.     

一种具有“8悬臂梁-质量块”结构的新型硅微加速度计

提出了一种具有"8悬臂梁-质量块"结构的新型三明治式硅微机械电容式加速度计,用微机械加工工艺在(111)硅片上制作出了具有信号输出的器件.该加速度计的惯性质量块由同一(111)硅片上下表面对称分布的8根悬臂梁支撑.这些悬臂梁是利用(111)硅在KOH溶液中的各向异性腐蚀特性结合深反应离子刻蚀(DRIE)实现的,其尺度精确可控,保证了结构的对称性.该加速度计的谐振频率为2.08kHz,品质因子Q为21.4,灵敏度为93.7mV/g.     

具有中性浮力的水下压电加速度计的研究

具有中性浮力的水下压电加速度计采用沿径向弯曲振动的压电陶瓷圆片作为敏感元件，它由粘接在一金属圆盘基座上的两片压电陶瓷圆片组成核心元件，用金属外壳实现边界支撑，外部由低密度复合材料包敷从而呈中性浮力。这种加速度计可直接测得水下声场中水质点的振动加速度。作者研制的加速度计高0．028m、直径φ0．074m、总质量0．12kg、密度990kg／m^3，其电压灵敏度为-24dB(0dB-1V／g)t电容量为2.4nF，谐振频率13kHz，工作频带20～5000Hz。     

无掩膜腐蚀与伺服型电容式微加速度计

为了解决“三明治”这类微器件制作的深窄槽结构成型问题,运用无掩膜湿法腐蚀技术,成型悬臂梁雏形后再成型质量块,较好地实现了悬臂梁与质量块同时准确成型,研制出±70g和±5g两种不同量程的微加速度计。样品测试表明,利用这项技术所制作的微加速度计相对精度皆优于1×10^-4。其中,±70g量程的残差可控制在7mg以内,非线性可达0．02％;±5g量程的残差在0．4mg左右。     

高量程加速度计横向各向异性响应的自由落杆冲击评估法（英文）

采用自由落杆冲击法对悬臂梁型高量程加速度计(50 000g)的横向响应进行研究。钢杆和铝合金杆作为冲击体与地面上放置的金属钢砧碰撞产生应力波作为激励源,用于表征加速度计的性能,其中加速度计固定在金属杆的顶端。该方法不仅可以测量加速度计敏感轴的灵敏度,同时也可以测试其横向响应。实验表明,加速度计的各向异性响应与加速度计的固有结构和冲击体的直径紧密相关,理论计算与实验结果相一致。     

MEMS低量程微加速度计的设计

在传统双边四梁微加速度计结构的基础上,设计了一种新型MEMS低量程微加速度计,量程为±10 g。用ANSYS有限元软件对加速度计的结构建立仿真模型,进行应力、模态及抗冲击能力分析。加速度计供电电压为5 V时,灵敏度理论值达到1.029 mV/g,与传统结构相比,极大地提高了低量程微加速度计的灵敏度。     

介观压阻型硅锗加速度计研究

提出以介观压阻效应为工作原理制作高灵敏度压阻式硅锗加速度计,采用Si1-xGex/Si结构薄膜作为敏感元件,设计了一个双悬臂梁式的压阻武硅锗加速度计,通过理论分析与仿真计算,得出通过调整对该结构的外加应力可以实现对传感器灵敏度的调节,而且利用介观压阻效应原理可以将压阻式硅微加速度计的灵敏度提高一个数量级的结论,为设计新型压阻式硅微加速度计提供了一种思路.     

高灵敏度QVBA限位结构设计研究

石英振梁加速度计(QVBA)具有检测精度高、准数字输出的特点,灵敏度是影响其性能的一个重要指标参数。针对现有石英振梁加速度计灵敏度低的问题,设计了一种高灵敏度石英振梁加速度计。它采用在石英摆片上下位置施加一对限位片,既可对石英摆片的最大位移量进行限制以提高器件的抗冲击性能,又可增加石英摆片振动过程中的阻尼力以提高器件的抗振动性能,降低了加速度计一阶模态谐振频率的限制条件,有效提高了加速度计的灵敏度。最后依据加速度计的结构特点设计出了相应的工艺制作方案,并加工出了差分结构的加速度计样机,经测试其灵敏度为65.74Hz/g,10min零位稳定性为15.8μg。     

悬臂梁式硅微加速度计的研制

介绍一种悬臂梁式硅微加速度计的结构与工作原理,并利用ANSYS软件进行了仿真模拟。采用体硅“无掩膜”腐蚀技术,对设计出的敏感芯片进行了工艺试制。通过合理的设计,使挠性梁腐蚀区域侧面上产生(311)面,通过控制所产生的(311)面对(111)面的侵削作用,获得了所需结构。为提高灵敏度和线性,该加速度计采用静电力反馈闭环控制方式,检测与处理电路采用高精度双极线性电路工艺进行了工艺流片。利用多芯片组装工艺进行了敏感芯片与一次集成的检测和处理电路的混合封装。经测试硅微加速度计性能为量程±50g,分辨率3×10–3g,非线性<5×10–4,质量为9.6g。     

一种谐振式微加速度计的设计

提出一种基于谐振原理、电容检测的微型加速度计。通过外加加速度使质量块经杠杆将力放大施加到谐振器上,改变谐振梁上的轴向应力,从而改变谐振梁的振动频率。研究表明这种加速度计的测量范围达66 g。同时采用有限元法进行了仿真模拟,结果显示传感器灵敏度约18 Hz/g,工作模态固有频率为625.981 kHz。