MEMS仿生矢量水听器优化设计

针对纤毛式MEMS仿生单矢量水听器灵敏度偏低、频响曲线起伏较大的缺陷,对该结构水听器进行了优化设计.通过理论分析和仿真计算,从两方面进行了优化,一是纤毛材料的选择,选用光纤替代塑料柱体;二是设计了一种"半油半酯"新型封装结构.最后在国防水声一级计量站对该封装水听器进行了相应的校准测试.测试结果表明,该水听器性能较之前有了明显提高,灵敏度达到-165 dB(包括前置放大26 dB),频响范围为20 Hz～2 kHz(±4 dB),具有良好的"8"字型指向性.     

双T型MEMS仿生矢量水听器的设计与测试

根据当前声纳系统的需求,以MEMS技术为依托,结合仿生原理、压阻原理,提出了一种双T型矢量水听器。在分析T型梁结构力学特性的基础上,详细介绍了两种不同尺寸微结构的设计、加工和测试。采用ANSYS软件仿真,得出两种微结构的谐振频率分别为1993.3Hz和10.17KHz;利用MEMS加工工艺加工出水听器微结构并对水听器进行了封装;采用振动台标定和水下驻波场测试相结合的方法完成了水听器的测试。测试结果表明两种结构的双“T”型矢量水听器灵敏度达到-180dB 和 -192dB (1kHz,0dB参考值1V/μPa),具有良好的“8”指向性,矢量特性明显,动态范围为90.48dB(315Hz)。     

用于MEMS仿生矢量水听器流激噪声抑制的“三明治”式封装结构设计与性能测试(英文)

MEMS仿生矢量水听器具有体积小、成本低、安装方便、有矢量性等优点,将MEMS仿生矢量水听器应用于水下环境必须解决透声、绝缘、流激噪声抑制等问题.为此,在前期单层聚氨酯封装结构的基础上,提出聚氨酯-水-聚氨酯"三明治"式封装结构,外层聚氨酯直径36 mm,内层聚氨酯直径32 mm.完成了"三明治"式封装结构设计计算与试制测试;并通过典型使用环境实验验证该封装结构的流激噪声抑制能力.实验结果表明在20~1 000 Hz内该封装结构在几乎不损失灵敏度和矢量性的前提下,比前期的封装结构在抑制流激噪声能力方面提高20 dB以上.     

用于MEMS矢量水听器流激噪声抑制的“三明治”式封装结构设计与性能测试

MEMS仿生矢量水听器应用于水下环境,必须解决透声,绝缘,流激噪声抑制等问题.为此,提出"三明治"式封装结构.完成了"三明治"式封装结构设计计算与试制测试;并通过典型使用环境试验验证该封装结构的流激噪声抑制能力.试验结果表明:该封装结构在几乎不损失灵敏度和矢量性的前提下,比前期的封装结构在抑制流激噪声能力方面提高20dB以上.     

新型摇摆质量微陀螺的设计与制作(英文)

首先介绍了两种结构完全对称的高灵敏度的摇摆质量陀螺.设计并制作了一种对角驱动的新型摇摆质量微陀螺.利用硅的各向异性湿法腐蚀等MEMS体加工技术,简化了该微陀螺的制作工艺.该微结构的对称性、一致性和加工精度有很大改善,尤其是振动梁、激励部件和敏感部件等关键部件.详细阐述了该微陀螺的工作原理和结构设计,完成了微陀螺关键部件的制作和样机组装.利用NF公司的FRA 5087频率响应分析仪测试了样机大气下的振动模态,其中驱动频率为5.563 2 kHz,检测频率为5.553 4 kHz,频差为9.8 Hz,小于0.2%.利用频谱分析的方法测试了样机的哥氏力.测试结果表明这种摇摆质量微陀螺的设计与制作方法是可行的.     

仿蟋蟀尾毛的MEMS振动传感器 有限元仿真分析

基于MEMS技术和仿生学设计了一种纤毛+薄膜振动传感器敏感结构,由垂直纤毛和两个相互垂直的悬臂梁构成信息接收和传递单元,沉积在与悬臂梁末端固连的硅衬底薄膜上的PZT压电薄膜作为敏感转化单元.建立了该传感器结构的等效运动模型,在此基础上对传感器的输出特性和频率特性进行了数学分析.利用ANSYS有限元软件对不同结构及几何参数的敏感结构进行了仿真分析,对比仿真结果,优化传感器的结构和几何参数.仿真结果表明该结构传感器共振频率达到了6 757.4 Hz.     

基于高速图像采集与时间序列图像相关的微陀螺动力学特性测试

研究微结构与微机械电子系统(MEMS)的动力学特性测量与试验方法,对于优化MEMS的结构设计以及提高其可靠性与稳定性具有重要的意义。基于高速图像采集技术和数字图像相关方法,提出了一种用于MEMS动力学特性测试与研究的时间序列数字图像相关方法。由于数字图像相关方法是以图像子区作为单元通过相关搜索计算出相关动力学参量,如同在试件上安装没有任何附加质量和附加力的影响的“微传感器”,因此该方法对试件表面要求低,测试结构简单,测量的数据精度高,可靠。给出了用该方法对稳定谐振和自由阻尼振动情况下微陀螺的动力学特性的测试结果,为进一步研究分析微陀螺的稳定性提供了重要的参数。     

MEMS压力传感器自动组装系统

研制了MEMS特种压力传感器的组装系统．首先给出了MEMS特种压力传感器组装工艺过程,并通过分析得出组装精度下降将导致传感器灵敏度和线性性能下降的结论．在此基础上确定了自动组装系统的组成结构,并详细介绍了研制的具有力感知功能的微操作手、三工位键合炉以及显微视觉等关键技术模块．通过分析现有硅膜焊盘图形对称性分布的特点,给出了一种芯片中心求取方法,为高精度自动组装奠定了基础．最后,将各模块集成建立了自动组装系统,给出了各个模块的控制节拍和流程,并通过实验证明该系统可实现5μm的组装精度和25s／个的组装效率,适用于多种MEMS传感器的自动组装作业．     

基于干法刻蚀技术的氮化镓MEMS加工工艺(英文)

氮化镓(GaN)材料已成功应用于光电子器件、高频功率器件等领域.近年来,由于GaN优异的材料特性,例如机械、热、化学稳定性以及生物兼容性等,使基于GaN的微机电系统(MEMS)得到了学术界的广泛关注.针对氮化镓MEMS结构的有效的图形化及释放技术是工艺研究的重点.设计、采用了一种全干法刻蚀技术,实现了(111)晶向硅衬底上的氮化镓基MEMS微结构的加工制造.利用提出的工艺方案,实现了多种悬浮GaN微结构的加工与测试表征实验.通过电子扫描显微镜(SEM)和光学轮廓仪进行了基本形貌表征;利用微拉曼光谱实验进行了加工结构的残余应力表征.     

仿生减阻微结构制造技术综述

表面微沟槽等结构能够限制航空器壁面低速区小涡流生成和猝发的相关雷诺应力,从而降低摩擦阻力,而且该方法简单易行、不需额外增加重量,成为航空器减阻的主要途径之一。概述了表面微结构减阻性能尺度效应的研究进展,表明微结构无量纲尺寸在15左右时减阻性能最佳,减阻率为8%左右;着重综述了简单形状微结构、仿生微结构以及大面积微结构等减阻微结构去除、压印以及滚压等制造技术的研究现状,简析了目前仿生减阻微结构制造技术存在的不足;在此基础上,对仿生减阻微结构制造技术的未来发展和应用进行了展望。     

虚拟MEMS加工工艺建模、实现与系统验证

利用虚拟现实技术对MEMS加工工艺进行仿真,并将其引入设计环节,最终可以解决MEMS生产中设计与加工脱节的问题。MEMS加工工艺的核心是工艺模型。首先,在深入分析单步MEMS加工工艺的基础上给出了规则描述的工艺模型,其次,利用专家系统技术实现了系统。进一步用一种全新的器件微流量泵的工艺设计和虚拟加工过程验证了系统的可扩充性。     

MEMS封装技术

MEMS封装是在微电子封装技术基础上发展起来的一项关键的MEMS技术.首先提出了MEMS封装设计的一些基本要求,包括封装等级、封装成本、环境影响、接口问题、外壳设计以及热设计等方面.在此基础上,介绍了键合技术、倒装芯片技术、多芯片封装以及3D封装等几种重要的MEMS封装技术,并给出了一个封装实例.最后进一步探讨了MEMS封装的发展趋势及研究动向.     

微结构运动特性表征中的全场三维重建方法

微机电系统(MEMS)测试的主要目的是为工程开发中的设计和模拟过程提供数据反馈,其中一个重要方面就是MEMS器件运动特性的高速可视化。基于计算机控制的频闪干涉测试系统,文中提出了一种时间轴和空间轴双向解包裹的干涉条纹分析方法,实现了MEMS器件离面运动参数的精确测量,并与微结构平面结构图像模板相结合,可以进行MEMS器件全视场运动的分析,达到了纳米级分辨力。     

MEMS气敏传感器

随着MEMS技术的飞速发展，各种MEMS器件和系统相继问世，MEMS气敏传感器是其中之一。本文重点介绍了7种MEMS气敏传感器。     

基于Au-Si共晶键合的高灵敏MEMS电容薄膜真空规设计

为了解决真空腔电极引线导致的真空漏气,进一步拓展真空规的测量下限,提出了一种基于Au-Si共晶键合的绝压式MEMS电容薄膜真空规设计方案。阐述了该新型MEMS电容薄膜真空规的制作工艺流程、用浓硼掺杂法制备感压薄膜技术,采用阳极键合协同Au-Si共晶键合技术实现真空腔的密封。通过理论计算和构建有限元模型,针对不同宽厚比,对感压薄膜的整体尺寸进行了优化。在最优尺寸参数下,相比于固定电极在测量腔的结构,新型MEMS电容薄膜真空规的灵敏度提高了9.5倍,高达38 fF/Pa。真空规测量范围在1~1000 Pa之内。     

集成化MEMS工艺设计技术的研究

针对目前MEMS研究领域中普遍存在的器件设计与加工工艺脱节的问题，提出了一种集成化的MEMS工艺设计技术。即在器件设计的过程中充分考虑加工工艺的特点和制约，提高器件的工艺设计能力和效率．这种工艺设计方法以结构材料、反应材料、工艺设备和环境限制的数据库为基础，从工艺过程为结构材料和反应物之间的物理或化学反应的角度出发，提炼出了工艺设计规则；在设计过程中，结合版图尺寸和具体的工艺参数，对工艺过程中器件结构二维断面上的所有结构材料的状态和图形进行计算和记录，并以此信息为依据结合设计规则判断工艺流程的合理性，并把相应的工艺信息、材料信息等代入器件的结构分析中去，实现MEMS器件的集成化工艺和结构设计．最后三维可视化设计工具IMEE1．0实现了集成化的设计技术，并通过对一个结构比较复杂的气体传感器进行设计和制作。验证了这种集成化工艺设计技术的可行性和实用性．     

自适应光学系统MEMS微变形镜的研究

指出了传统变形镜研究所面临的瓶颈，以及采用MEMS技术研究微变形镜的优点．介绍了利用静电力驱动的平板电容式分立式微变形镜．分析结果表明它具有比传统变形镜更优越的性能．指出了进一步研究与发展MEMS微变形镜还需要解决的若干重要问题．     

基于设计形态学的军事仿生机器人研究现状与进展

目的 对设计形态学在军事仿生机器人设计领域的研究现状进行梳理、归纳和分析,为设计服务于国防建设和军事装备提供思路和参考。方法 首先从设计形态学的内涵出发,结合仿生设计理论,详细解读设计形态学,如何能够通过融合多学科知识,来辅助新型军事仿生机器人研制;其次,根据军事仿生机器人作战域的不同,从陆地、水下和空中（间）军事仿生机器人3个方面展开,论述了国内外设计形态学助力军事仿生机器人发展的现状,归纳并阐述了不同类型军事仿生机器人设计的特点;最后,总结并分析了设计形态学在军事仿生机器人设计领域进行应用的发展趋势,对设计形态学助力军事装备的研究方法及研究重点进行了展望。结论 设计形态学是一种强调系统的理论体系,是融合仿生学方法的生物激励模式下的设计形态创新,能够有效地支持军事仿生机器人领域的融合创新。随着人工智能技术的不断发展,设计形态学在军事仿生机器人领域的应用将逐步向人机共融智能设计方向演化。