基于改进的 Sage-Husa 滤波 MEMS陀螺阵列降噪技术研究

为充分挖掘 MEMS 陀螺的性能,提高 MEMS 陀螺在实际应用中的精度,通过搭建四陀螺阵列结合改进的 Sage-Husa 滤 波算法对陀螺阵列的输出信号进行降噪,在不改变陀螺加工工艺和显著提高生产成本的条件下有效提高了 MEMS 陀螺仪的实 际性能。 通过分析 MEMS 陀螺仪的系统误差和随机误差,搭建误差模型,利用传统卡尔曼滤波、移动平均滤波、小波阈值去噪 和改进的 Sage-Husa 滤波算法对单个陀螺和陀螺仪阵列进行降噪处理,实验对比发现改进的 Sage-Husa 滤波算法和陀螺仪阵列 结合后能有效降低陀螺的输出噪声。 利用 Allan 方差分析陀螺仪阵列经过改进的 Sage-Husa 算法滤波后的随机误差,四陀螺阵 列角度随机游走从 0. 40°/ h降低到 0. 03°/ h ,零偏不稳定性从 71. 11°/ h 降低到 5. 83°/ h,有效提高了 MEMS 陀螺在实际应用 中的性能。     

新结构的D形光纤消逝场传感器

设计了一种新型结构的D形光纤消逝场传感器,通过使消逝场能量直接与待测物质作用和增加传感器的有效作用面积,提高了传感器的灵敏度,此结构的D形光纤消逝场传感器的灵敏度比B.Culshaw、G.Stewart等人制作的D形光纤消逝场传感器的灵敏度提高了三个数量级,是具有相同长度光程的直接光探测方法的1.2倍,且传感器的响应速度快,适合实时检测。提供了一种基于机械研磨的Ｄ形消逝场光纤的制作新方法,得到的光纤表面质量可控,灵活方便。     

基于硅各向同性腐蚀工艺的三维曲面壳体微谐振器制备技术

轴对称3D曲面壳体谐振器具有自身对称性好、耐冲击能力强、可靠性高的特点,是应用最为广泛的谐振器之一,但因制备工艺涉及薄壳结构的曲面成形过程,属于MEMS 3D工艺,很难进行批量化制备。基于硅各向同性湿法技术对多晶硅3D曲面壳体谐振器的批量化制备工艺进行了实验研究。设计了脱模法制备多晶硅3D曲面壳体结构的工艺流程,实验优选体积比为15∶10∶75的醋酸、氢氟酸、硝酸的混合液各向同性腐蚀制备硅半球腔模具,利用自制的水浴设备和水平度可调夹具,对刻蚀液温度和扩散速度进行了有效控制,减弱了反应放热和硅基片放置不水平对硅半球腔圆度与粗糙度的影响。制备了直径为0.8～1.3mm的多晶硅3D曲面壳体结构,测试对称性最好优于0.4%,多晶硅3D曲面壳体结构的表面粗糙度优于1nm。在0.2Pa的压强下,激光多普勒测试得到曲面壳体谐振器的谐振频率为28kHz,Q值为14 365,调节驱动电压和偏置电压可实现谐振器四波腹谐振模态的模式匹配,基频差趋于零。     

新型静电驱动双向平动MEMS变形镜(英文)

设计了一种新型静电驱动双向平动的MEMS变形镜,其结构包括3部分:中央下电极,4个静电驱动杠杆结构以及反射镜面(上电极).该变形镜有两种驱动模式:向下驱动模式和向上驱动模式.在向上驱动时,4个杠杆结构实现了位移的放大;向下驱动时,利用了非线性弹性系数法扩展了镜面的平动范围.采用表面硅工艺完成了变形镜的加工.通过白光干涉仪对变形镜的测试表明:在向上驱动模式下,变形镜在驱动电压为31 V时位移达到1.1μm;在向下驱动模式下,变形镜在6 V的驱动电压下位移达到1.1μm.变形镜的总行程为2.2μm,达到了同样工艺下传统变形镜的3倍左右.     

微加工静电排斥驱动器特性分析

基于非均匀电场可产生静电排斥力的原理,设计制造了单元尺寸为300 μm的MEMS静电排斥型离面驱动器.此驱动器不受静电吸合效应的限制,行程较传统静电吸引型驱动器有显著提高.利用表面硅工艺完成了该驱动器的加工.为研究静电排斥型驱动器的动态响应特性,建立了该驱动器的等效模型并利用数值计算方法分析了驱动器的压膜阻尼特性和幅频...     

SPR传感芯片的理论与实验研究

针对光纤SPR(表面等离子体共振)传感器制作工艺复杂的问题,提出了一种光纤先固定后部分镀膜的SPR传感芯片的制作方法.依据电磁场和射线理论,分析并讨论了此种波长调制部分镀膜SPR传感芯片的工作原理,采用MEMS制作工艺对探测光纤进行封装固定以后,再对光纤进行部分镀膜,其结构简单,工艺性好,易于实现批量化.最后,搭建了一套基、于波长检测的光纤SPR测试系统对其进行测试.实验结果表明:在折射率范围为1.33～1.36时,共振波长同折射率具有良好的线性关系,光谱仪分辨率为0.1 m时,其分辨率可达到3×10-5折射率单位.     

MEMS硅半球陀螺球面电极成形工艺

由于球面电极是曲面结构,电极各处的电感耦合等离子体(ICP)刻蚀深度不一致,在加工过程中常发生球面电极还未刻蚀到位而谐振器已被破坏的现象,故本文提出了新的球面电极成形工艺。基于ICP刻蚀固有的lag效应,采用刻蚀窗口宽度由60μm渐变至10μm的V形刻蚀掩模调制电极各处的刻蚀速度,在电极各处获得了基本一致的归一化刻蚀速度(2.3μm/min)。利用台阶结构拟合球面电极的3D曲面结构,并保证通刻阶段的硅厚度基本一致为150μm来消除球面电极加工时最薄处已经刻穿阻挡层并破坏谐振器而最厚处还没有刻蚀到位的现象。结合台阶状的二氧化硅掩模对球面电极各点处的硅ICP刻蚀当量进行了调整,使其基本相等,通过一次ICP刻蚀即完成了对硅球面电极的加工。利用提出的方法成功制备出了具有功能性输出的微机电系统(MEMS)半球陀螺的硅球面电极,其最大半径可达500μm。     

MEMS交叉梳齿光栅设计和优化

采用MEMS技术设计和制造了一种由梳齿驱动器驱动的新型交叉梳齿光栅,同时优化了该光栅的驱动器结构,着重分析了优化驱动器结构对光栅机械特性和光学传感特性的影响,优化后的光栅相对于未优化时具有更大的位移、更好的光学传感特性。基于PolyMUMPs工艺制作了梳齿驱动器驱动交叉梳齿光栅,并逐步分析了该光栅的加工步骤。结合有限元分析软件,对该MEMS光栅的机械特性进行了分析。分析结果表明,在85V下,该光栅驱动器的位移为2.7μm,而实际测量的位移为2.1μm。通过对该光栅驱动器结构进行优化,得到在同等电压下优化后的光栅驱动器位移较未优化时有显著提高,在85V时,优化后的MEMS光栅驱动器的位移为4.3μm。根据傅里叶光学理论计算得到,该光栅的传感灵敏度与驱动器位移成正比,经过计算得到优化后MEMS光栅的光学传感曲线更加陡峭,具有更好的传感特性。     

非正交二维MEMS倾斜镜的研制

为提高传统二维倾斜镜在非正交方向上的光转换效率,设计并加工了一种转轴非正交二维MEMS倾斜镜.倾斜镜上电极非对称地固定在基底上,通过控制上、下电极的加电方式实现倾斜镜在两个非正交轴上的偏转变形.采用三层膜的结构设计,消除了上电极应力变形对镜面平整度的影响.通过在上电极加工微小突起,减小上下电极的重叠面积,避免了倾斜镜的...     

应用二维微硅片狭缝阵列的阿达玛光谱仪

研制了一种基于二维多狭缝阵列的微小型阿达玛光谱仪,利用MEMS加工技术制作出一体式微硅片狭缝阵列,系统采用了Offner 光学结构。以入射狭缝为循环S23型微硅片的阿达玛光谱仪为例,与传统单狭缝光谱仪进行光通量比较,对入射狭缝的衍射现象进行分析,通过Matlab仿真方法及实验验证,得出阿达玛光谱仪光通量提高了3.10倍。