电容式高过载微机械加速度计的设计与实验

针对某些高过载应用场合对微机械加速度计抗冲击能力的要求,设计了一种三轴向抗冲击的梳齿电容式闭环微机械加速度计。通过分析带止档的闭环加速度计冲击响应过程,提出在敏感方向使用悬臂梳齿结构作为柔性缓冲止档可以缓冲冲击过程中微结构间的接触碰撞;在非敏感方向采用结构模态和阻尼分离的设计可减小冲击变形,耗散冲击能量。马歇特锤冲击实验表明,该加速度计能够分别承受3个轴向幅值为13 200g,脉宽约102μs的的加速度冲击,冲击前后偏置漂移在5mV以内。该闭环加速度计在±10g的非线性优于500×10-6,1.5h偏置稳定性为0.27mg。设计的样机基本满足高过载环境下惯性测量的要求。     

微机械加速度计的集成化数字接口

在传感器技术的发展过程中,传统模拟输出传感器由于具有一些固有局限,正在逐渐被数字输出传感器所取代.数字技术的应用使传统传感器成为智能传感器,并具有集成化、智能化、网络化、系统化等新特点.介绍以传统模拟传感器技术为基础,在惯性测量器件--微机械加速度传感器上集成数字接口,使之成为智能化传感器的一种设计方案.     

梳齿式微机械加速度计的研制

微机械加速度计作为微机电系统(MEMS)的一个重要产品,目前已经得到了广泛应用.本文首先从整体上提出了微机械加速度计的工作原理和数学模型,并着重讨论了各个部分之间的关系;然后根据敏感元件的特性,对伺服回路的几个关键参数,即预载电压、PID校正参数和反馈增益,进行了分析;本文最后给出了一种加速度计整体性能的测试结果,结果表明:微机械加速度计的量程为±15gn,非线性度为0.041 9%,阈值为0.15 mgn,2 h稳定性误差为0.084 5 mgn,逐次启动重复性误差为0.156 mgn.     

关于微硅机械加速度计表头设计的几个问题

由于负刚度等特殊问题，使叉齿式微硅机械加速度计的闭环控制区别于常规闭环系统，并且负刚度较大地影响微加速度计工作稳定性，为此对加速度计的表头结构设计方法及理论公式进行了研究，推导出了在给定性能参数下，设计加速度计表头最小分辨率，最大量程的方法和理论计算公式，根据上述方法设计能更好地保证加速度计的工作稳定性。     

挠性摆式微硅加速度计的有限元分析

】微硅加速度计是近年来发展起来的新型器件,在结构设计阶段必须对其进行力学分析,以期对使用条件下的摆片位移、应力等作到心中有数。本文采用有限元分析方法对挠性摆式微硅加速度计进行有限元分析,其中包括对未封装及封装后实体单元进行敏感轴位移、侧向位移、横向灵敏度、受力情况等分析。分析结果表明所设计的微硅加速度计符合仪表性能要求。     

常温下硅微谐振加速度计零偏稳定性的提高

考虑环境温度会影响硅微谐振加速度计(MSRA)的测量精度,本文研究了谐振梁的频率漂移及抑制方法以便提高其在常温下的零偏稳定性。针对结构热膨胀导致的应力进行了建模仿真,并根据仿真结果优化设计了一种低热应力的双端固支梁的结构来降低热膨胀系数不匹配带来的频率漂移。实验测得新结构的单梁谐振频率的温度系数从典型结构的约30Hz/℃降为-1.5Hz/℃,与仿真结果-1.14Hz/℃基本一致。为了进一步提高该加速度计的零偏稳定性,设计了一种高精度测温电路用来补偿温漂,该电路测温灵敏度为96.25mV/℃,测量噪声约为0.000 2℃。实验结果表明,采用优化后的结构结合线性温度补偿的方法,可使该硅微谐振加速度计的1h零偏稳定性在常温下达到10μg以下,比改进前实验室获得的52μg水平提升了80%,满足了高精度加速度测量的要求。     

通道型电磁常闭微阀结构参数优化

优化了通道型电磁常闭微阀的结构参数,以提高其工作性能。基于近似结构模型对结构参数进行理论分析;以泄漏率为指标,利用有限元方法仿真分析了微通道的宽度、高度,底膜厚度,顶膜厚度及电磁驱动机构压力等主要结构参数对泄漏率的影响。提取了经验公式,基于正交实验法研究了结构参数对泄漏率和开启率的影响。最后,结合理论分析、仿真和正交实验结果对微阀结构参数进行了优化。实验结果表明,通道高度和宽度对泄漏率影响最大,通道高度对开启率影响最大。获得最优开闭性能的结构参数组合为:通道宽度1 mm,高度0.1 mm,底膜厚度0.2 mm,顶膜厚度0.2mm,电磁机构压力3×104 Pa。基于该结构参数组合的微阀在10kPa内可以实现零泄漏及近似完全开启。该阀具有易与微流控芯片集成、低电压驱动、制作简单、无死体积等优点。     

超声硬度计原理及其发展

超声硬度计是一种普适的无损检测试仪器。通过对其工作原理的分析和与其他硬度测试仪器的对比,总结了超声硬度计在硬度测试上独特的优越性,现代电子技术和超声硬度测试方法的结合使得超声硬度计日臻完善,使其在国内外的使用也日益广泛。     

MEMS加速度计敏感元件测试仪的设计与实现

基于敏感元件的特性本文设计出了一种MEMS加速度计敏感元件特性测试仪,即利用电容检测电路和基于虚拟仪器的频谱测试仪对MEMS敏感元件的频谱特性进行测试而得出其重要性能参数。电容检测电路和虚拟仪器频谱测试仪分别在实验室内进行了误差分析,电容检测电路的最大非线性误差为0.127 7%,频率特性测试仪的幅值最大误差为0.352 6 dB,相位最大误差为1.365 6°。