MEMS高g加速度传感器封装热应力的研究

封装热应力是导致MEMS器件失效的主要原因之一,本文设计了一种MEMS高g加速度传感器,并仿真研究了传感器在封装过程中的热应力及影响其大小的因素。根据封装工艺,建立设计的高g加速度传感器封装的有限元模型,利用AN-SYS软件仿真传感器在不同的贴片工艺中受到的热应力及影响热应力的因素。结果显示,在封装中,与直接贴片到管壳底部相比,MEMS高g加速度传感器芯片底面键合高硼硅玻璃后再贴片到管壳底部时,封装热应力可从135MPa降低到33MPa;在贴片工艺中,基板的热膨胀系数和贴片胶的弹性模量、热膨胀系数及厚度是影响封装热应力的主要因素;在健合工艺中,基板和键合温度主要影响到热应力的大小。     

三轴高g值加速度传感器的横向效应研究

研究了自由落体冲击方法检测高量程三轴高g值加速度传感器的横向效应,即分别在x轴、y轴、z轴作为主轴时,检测三轴压阻传感器其他两个方向感受到的g值大小和方向。实验表明,在Z轴作为横向输出轴时横向效应最大。     

高g值三轴加速度传感器的横向效应研究

研究了自由落体冲击方法检测高量程三轴高g值加速度传感器的横向效应,即分别在x轴、y轴、z轴作为主轴时,检测三轴压阻传感器其他两个方向感受到的g值大小和方向。实验表明,在Z轴作为横向输出轴时横向效应最大。     

MEMS高g加速度传感器固有频率的优化及验证

由于设计的MEMS高g加速度传感器固有频率低,导致测试过程中出现谐振现象。本文分析了传感器的特殊结构参数对固有频率的影响,提出了一种优化固有频率的方法。该方法通过减小质量块质量和优化梁厚度与长度的比例来调整传感器的固有频率,并通过理论仿真验证了该结构的固有频率从330 kHz提高到550 kHz,然后利用动态测试系统对优化前后的高g加速度传感器分别在20 000gn和150 000gn作用下测试输出信号。实验表明该优化方法提高了该类传感器结构的固有频率,明显消除了测试中的谐振现象。     

高g值加速度传感器灵敏度标定研究

本文进行了高g值加速度传感器灵敏度的标定研究。采用轴向冲击Hopkinson杆,杆上产生的应力波作为标定加速度传感器的冲击脉冲。通过实验验证、理论分析和计算表明,这种标定方法是可行的,并给出了系统的标定误差和分析误差的方法。     

高g微阵列加速度传感器的电气互联研究

设计高g微阵列传感器在受到150000gn加速度冲击作用下,它的电气性能良好。通过对改进封装后加速度传感器引线拉伸试验数据进行分析,利用模糊优化理论优点对试验数据进行模糊计算,得出最佳的精确焊接工艺参数。对不同工艺参数的传感器样品在霍普金森杆上进行冲击破坏试验,实验结果表明,在148000gn加速度冲击作用冲击下,传感器仍能正常工作,基本满足设计要求。     

冲击应力下高g加速度传感器的加速寿命评估

由于高g加速度传感器在航空、航天、国防等领域的广泛应用,其可靠性成为MEMS器件商业化过程中一个重要问题。本文针对快速准确的评估高g加速度传感器的寿命这一问题,提出了冲击应力下高g加速度传感器的加速寿命评估方法。通过分析冲击载荷作用于加速度传感器时产生的应力波及故障树分析法,确定高g加速度传感器的主要失效模式和敏感环境应力;采用恒定冲击应力试验得到高g加速度传感器的失效次数;选择正态分布和Weibull分布理论验证加速试验过程失效机理的一致性;利用逆幂律模型建立高g加速度传感器的可靠度评估模型,并外推出高g加速度传感器在规定应力下的可靠度函数。实践表明,该方法简捷、正确可行,为高g加速度传感器在实际应用中提供了重要的参考依据。     

灌封型速度传感器受热应力影响的研究

文章以灌封型速度传感器在研发阶段的可靠性极限试验结果为分析源头,通过对完成极限试验的样品进行X-ray及解剖分析,确认极限环境下存在灌封材料热应力不平衡问题,进而导致器件焊点开裂.通过有限元分析、温度变化试验模拟,在快速温变过程中,灌封材料内部的热应力超过焊点强度极限.通过仿真分析,确定提升产品耐快温变环境的方向;通过应力计算,细化产品优化方案.完成样机研制及验证,确认热应力平衡解决方案的可行性,从而提升极限环境下的产品可靠性.     

高g_n值MEMS加速度传感器封装的研究

对一种新型双悬臂梁高gn 值MEMS加速度传感器进行有限元模拟。采用双悬臂梁传感芯片的一种实际封装结构 ,进行频域分析和时域分析 ,讨论封合传感器芯片和封装基体的封合材料对其输出信号的影响。频域分析表明 ,封合材料的杨氏模量对封装后加速度传感器整体的振动模态有一定影响 ,封合胶的杨氏模量很小时 ,会致使加速度传感器的信号失真 ,模拟表明可选用杨氏模量足够高的环氧树脂类作高gn 值传感器的封合材料。时域分析静态模拟表明 ,封合材料的杨氏模量 ,对最大等效应力和沿加载垂直方向的正应力最大最小值基本无影响。时域分析动态模拟表明 ,随着封合材料杨氏模量的提高 ,动态模拟输出的悬臂梁末端节点位移的波形和其经数字滤波后输出的信号变好 ,封合材料的杨氏模量不影响输出信号的频率和均值 ,在加速度脉冲幅值输入信号变化时 ,悬臂梁末端位移平均值输出信号与输入有良好的线性关系。     

高冲击环境下MEMS大量程加速度传感器结构的失效分析

对设计的大量程加速度传感器进行冲击测试,分析该种传感器结构在高冲击环境下的输出信号及可靠性。加速度传感器结构采用四端全固支结构,通过在梁的端部和根部设计倒角结构以分散应力。测试结果表明该传感器在232,119.4 gn下可以测试到有效输出信号。同时,对测试中失效传感器进行了分析,总结出大量程加速度传感器的在高冲击环境下的失效模式主要为键合引线的脱落、微梁的断裂和封装失效。     

地震勘探用三维MEMS加速度传感器的研究

以MEMS加速度传感器为基础的新型数字地震检波器是地震勘探所用仪器的发展方向之一。介绍了一种三维MEMS加速度检波器结构,这有别于传统三分量MEMS传感器通过用3只MEMS加速度传感器按正交直角组装。并通过PSpice软件对其进行了整体仿真,仿真结果表明其阶跃响应和正弦响应基本和理论分析的结果吻合。     

基于MEMS加速度传感器的位移检测系统

为了实现对物体运动位移的检测,设计了一种以国产高精度MEMS电容式加速度传感器MSCA3002为核心,24位高精度A/D转换器ADS1255,高性能ARM处理器LM3S2B93为主控制器的位移检测系统,并详细给出该系统的硬件电路及其软件算法设计。系统将传感器检测到的物体运动的加速度,经过积分算法转换为物体运动位移。实验结果表明：系统采样精度高、速度快、误差小,A/D转换器对加速度信号的检测精度能达到0.4%,积分后对位移的测量精度能控制在3%左右,很好地实现了对运动位移的检测。     

基于MEMS加速度传感器的无手鼠标

设计一种无手鼠标,使手部残疾或脊髓损伤的患者能够通过无手操作的方式使用计算机。系统以 MSP430F5529为控制芯片,控制放置在头部的 MEMS 加速度传感器测量头部倾角,并将倾角转换为光标位移量来控制光标的移动;利用声控模块和继电器模块设计声控开关,来实现鼠标按键的点击功能;利用 nRF2401无线模块实现鼠标系统与计算机的无线通信。该倾斜鼠标可以使用户通过倾斜头部来控制光标的移动,通过向吹气开关吹气实现鼠标按键的点击功能。该倾斜鼠标可以辅助手部残疾或脊髓损伤的患者通过无手操作的方式有效地控制光标移动,为其使用计算机提供了一种途径。     

一种高灵敏度FBG加速度传感器设计与仿真

采用悬臂梁与垫高块结构,设计了一种高灵敏度的光纤光栅加速度传感器,光栅栅区两端固定在悬臂梁与垫高块之间,提高了传感器的灵敏度,避免了出现啁啾或多峰现象,推导了设计计算的力学模型;对传感器进行了过载安全保护设计、光栅预拉伸设计等;采用有限元分析计算得出了悬臂梁应变分布情况及6阶固有频率,证明分析结果与设计计算吻合。     

电容式MEMS加速度传感器在气囊系统中的应用

安全气囊系统作为汽车被动安全的核心组成,有着极为重要的作用.为了提高其性能,设计了一种基于MEMS的外围加速度传感器的系统.该系统通过微机械结构检测汽车碰撞时的加速度,再通过一体式的专有集成电路对信号进行处理,然后将数据经总线传送到安全气囊控制器进行逻辑运算.通过实际碰撞测试,证明该设计系统能增强碰撞识别度和提早点火时间,极大地提高了安全气囊系统的性能.     

一种MEMS高g_n值加速度传感器的结构设计与仿真

高gn值加速度传感器在侵彻武器等领域受到广泛应用,对量程、灵敏度、固有频率等指标也提出了更高的要求。设计了一种MEMS高gn值加速度传感器,在传统梁—岛结构加速度传感器的基础上进行了改进,采用主微梁互补结构在提高固有频率、量程的同时,提高了灵敏度。在梁的末端提出了新式的延伸梁结构设计,大大减小了集中应力的现象,提高了结构的抗过载能力。利用ANSYS有限元分析软件,对该加速度传感器进行了静态、模态和瞬态分析。经仿真验证,该MEMS高gn值加速度传感器的各项指标均满足要求,具有明显的优越性。     

四电极电化学MEMS加速度传感器仿真

基于溶液相对于电极的运动会使电极附近因电势差作用而产生的离子浓度梯度发生改变,从而使电极电流发生变化等电化学原理,建立一种置于碘(I2)和碘化钾(KI)混合水溶液环境中的阳极—阴极—阴极—阳极(ACCA)四电极阵列传感单元模型。通过理论分析,该传感单元可以局部电解液为惯性质量,利用电解液中带电离子相对于电极的运动来产生并输出附加电流;进一步的建模仿真证明:在一定的加速度范围内(0a x0.149 m/s2),附加电流的大小同加速度呈正比关系,故可以将此电流放大输出,从而实现对加速度大小的表征。可利用MEMS工艺制作,并封装此传感单元成为加速度传感器。     

基于加速度传感器的拖拉机振动特性研究

以常发CF700型拖拉机为研究对象,设计和建立了拖拉机整车振动加速度测试系统,分别测量了拖拉机前桥垂向、后桥垂向以及座椅和驾驶室底板位置的垂向、横向、纵向等4个部位9个轴向的振动加速度.计算了座椅和驾驶室底板位置的联合加速度均方根值,并通过几何关系得到拖拉机质心处的垂向和俯仰角振动加速度以及加速度功率谱密度.实验结果表明:拖拉机振动加速度随行驶速度增加而增大,前桥加速度最大,座椅和驾驶室底板位置的垂向加速度较其他两个方向偏大,其联合加速度均方根值大于人体感觉极不舒适的标准.各轴向加速度功率谱密度的峰值均集中在3～5 Hz.     

基于三轴加速度传感器的步长估算模型研究

估算步长是行人航位推算系统的重要一环,直接影响行人当前位置的推算结果.提出了一种基于三轴加速度传感器的步长估算模型,用于室内、外行人步长的估算.采用微机电系统(MEMS)低功耗三轴加速度传感器采集行人的运动信息,根据运动加速度的曲线特点,经过信号去噪、剔除异常采样点等预处理,提取相应的步频、加速度峰值关键特征,建立步长估算的数学模型.实验结果表明:该数学模型估算的步长误差在2 cm以下,具有良好的准确性和稳定性.