虚拟环境中微机械拟实组装的运动学描述

微机械的组装包括：部件制作,部件对准和部件焊接 ３个过程．本文针对微机械组装中最重要对准过程,给出了虚拟环境中拟实组装细化的操作 步骤及相应的运动学描述．同时,面向微机械拟实运行,给出了焊接过程的运动学描述．建 立了虚拟现实实验平台,并在此平台上完成了一个作为虚拟环境中微马达转子与定子拟实组 装简化例子的轴孔配合拟实组装实验．初步验证了本文所给出的虚拟环境中拟实组装运动学 描述的正确性．     

基于MEMS技术的微电容式加速度传感器的设计

给出了一种基于MEMS技术制作的微电容式加速度传感器的结构及工艺。为了准确地把握这种微电容式加速度传感器的力学和电学特性,仔细地建立了它的力学模型。在此基础上,详细分析了它的动态特性———模态。并用有限元的方法分析和计算了微电容式加速度传感器的加速度与电容信号的非线性输入输出关系,并结合实测参数验证了模型的有效性。最后提出了一种详细的有效的基于MEMS技术的微电容式加速度传感器的结构以及加工工艺流程。基于MEMS技术制作的微电容式加速度传感器具有结构简单、工作可靠和工作范围大的特点。根据这套方法,可以比较方便地设计并加工不同测量要求的加速度计。     

硅微加速度传感器的现状及研究方向

综述了典型的硅微加速度传感器的原理，结构和特性，分析了硅微加速度传感器中的几项关键技术和研究方向。     

硅谐振式压力微传感器模型与开环特性测试

基于谐振式硅微结构压力传感器幅、相频率特性的分析,利用北京航空航天大学微传感器实验室研制的谐振式硅微结构传感器开环测试系统的测试实验结果和Matlab实验数据处理与拟和分析计算,建立了微传感器的二阶模型.该模型排除了未知相位延迟的影响,从幅值和相位混合的测试数据中精确计算出谐振频率、品质因数以及相位特性,为闭环测试系统的研制提供了依据.     

一种新颖的微杆杠结构的理论建模及其在谐振式微加速度传感器中的应用

为了提高谐振式微加速度传感器的灵敏度,提出一种新颖的微杠杆结构.分析该结构的工作原理,推导该结构的理论模型,得到这种微杆杠放大倍数的解析表达式.在这个理论模型的基础上,为了进一步提高微杆杠的放大倍数,对其参数进行优化,分析微杆杠结构中各参数对于放大倍数的影响,优化后该结构的放大倍数高达200.基于这种微杠杆结构设计两种分别为静电驱动/电容检测和电热驱动/压阻拾振的谐振式微加速度传感器,分别介绍这两种传感器的工作原理及其特点,并对这两种结构进行有限元模拟.模拟结果证实这两种微加速度传感器的灵敏度均高于1 000 Hz/gn,进而验证这种新提出的微杠杆结构的有效性.     

一种仿人机器人跑步状态分析模型

依据仿人机器人跑步的动力学特性,通过对仿人机器人虚拟加速度传感器输出的信号进行分析,建立了仿人机器人跑步相关特征值的概率模型.针对仿人机器人的结构,分析了在整个跑步过程中惯性力和弯矩的作用,对跑步状态的影响,获取虚拟加速度传感器输出的信号,采用小波变换分析动态信号,同时进行快速傅里叶变换,在频域上提取能量特征值.使用马氏距离作为稳定跑步的判定标准,并给出了定量描述,在ADAMS软件中搭建仿人机器人,虚拟加速度传感器设置在质心处,进行跑步仿真实验,仿真实验结果表明,该模型能够反映仿人机器人的跑步特性,仿人机器人能够在跑步状态发生改变时,根据跑步特征及时调整步态,保证其稳定性.     

加速度传感器在气体微流量检测中的应用

根据MEMsic(微电子机械系统集成芯片)加速度传感器的工作原理及特点,提出把加速度传感器作为流量传感器应用于气体微流量检测中,为了验证,建立了一套实验装置用于MEMSic加速度传感器检测气体的流动变化,利用PIC单片机对数据进行采集和处理,经过具体实验验证,在不同温度下,经过一定的温度补偿,当气体流量从0到50sccm发生变化,加速度传感器是能够精确的测量出流量的变化,说明了MEMSic加速度传感器对微流量的检测具有较高的灵敏度和稳定性.     

MEMS微电容式传感器的传感特性研究

针对传统的传感器无法进行长期健康监测的不足,研发出一套新型的基于MEMS的硅微电容式传感器.对所研制的MEMS传感器的静态传感特性和动态特性进行了理论分析和对比实验研究.结果表明:MEMS硅微电容式传感器在反复加卸载实验中,线性拟和度均在0.999%F.S以上,灵敏度系数为6.9840με/kN,其重复性误差为1.43%F.S;其动态传感特性与传统的加速度计吻合的很好.     

SiC高温高量程MEMS加速度传感器的仿真与分析

加速度传感器材料的特性对传感器的性能影响很大,SiC作为新一代半导体材料具有优良的力学温度特性,适用于高温、高过载加速度传感器.基于SiC提出了一种可用于高温、高过载环境的加速度传感器设计方案.根据悬臂梁的相关力学理论知识,对传感器结构、尺寸进行了设计,并利用ANSYS有限元仿真软件对SiC材料传感器敏感结构进行模态分析、静力学分析、热分析.仿真结果表明,6H-SiC材料表现出了比Si材料更优异的抗高温、抗过载特性,为应用于高量程、高温环境下的加速度传感器研究提供了可靠的理论基础.     

硅微加速度传感器过载能力的研究

过载能力是加速度传感器的重要参数之一，缺少过载能力是早期硅微机械－岛结构的加速度传感器未能实用的重要原因，本文采用微机械限位结构解决了梁－岛结构压阻式加速度传感器的抗过载能力，并对设计进行了优化，采用这种方法使量程在５０ｇｎ以下的器件具备了１０００ｇｎ以上的过载能力，达到了实用的要求，本文还对测量器件过载能力的落锤法所产生冲击加速度的规律和标定方法进行了研究，并建立了测试系统，对器件进行了冲击过载     

微加速度计在冲击环境下的可靠性研究

微加速度计用于测量载体的加速度,并提供相关的速度和位移信息.微加速度计可以和微型陀螺仪组合构成微型惯性测量单元.但是微加速度计还没有完全实现市场化,微加速度计的可靠性问题已经成为制约其广泛应用的关键因素.微加速度计在加工、封装、运输和实际使用中都可能受到冲击的作用.主要研究压阻式微加速度计在冲击环境下的可靠性问题.通过简化加速度计的结构,得出了悬臂梁上的应力分布.设计了微加速度计在冲击环境下的可靠性试验,分析了加速度计在冲击环境下的主要失效模式及失效机理.得出了压阻式加速度计在冲击环境下的主要失效模式是键合引线的脱落和悬臂梁的断裂.     

Dynamic characteristics of voltage induced reciprocated bending in double cantilever configuration of asymmetric comb drive MEMS

The dynamic characteristics of an electrostatically actuated double cantilever beam, often found in asymmetric comb drive microstructures, have been investigated in the present paper. A coupled electromechanical problem is formulated and solved to obtain different performance parameters like pull-in voltage, frequency response etc. Effects of various critical factors on the dynamic pull-in characteristics have been discussed elaborately. It has been further observed through extensive studies that, the dynamic pull-in characteristics differ considerably from the static characteristics for the double beam configuration. Finally, these observations have been supported by experimental results with a fabricated (in SOIMUMPS process) double cantilever based microstructure, using a simple in-house developed low cost test set up. A typical case of design of a closed loop MEMS (microelectromechanical systems) capacitive accelerometer has also been discussed where the present study finds ready applications to predict the dynamic pull-in characteristics more accurately than the conventional lumped model.     

体硅加工的压电式微加速度计的设计

提出并设计了一种采用体硅微制造工艺制造的压电式微加速度计,其中体硅加工的硅质量块由悬臂梁支撑且悬臂梁部分区域沉积ZnO压电薄膜.通过对压电悬臂梁建立一维解析模型,研究了影响加速度计灵敏度的结构因素.在此基础上,利用有限元方法软件ANSYS设计了实际的微加速度计,并对六种不同的微加速度计结构进行了分析,得到了不同结构微加速度计的工作频率范围及灵敏度结果.     

高灵敏集成光学加速度计的优化设计

针对基于光弹效应的集成光学微腔悬臂梁式加速度计难以同时实现高灵敏度和高抗冲击性的问题,提出增加光学微腔周长的方案。经过详细的理论分析得出:通过增加微腔周长可以有效地增加惯性力下微腔谐振点波长偏移量,提高探测灵敏度。设计了多回路长直跑道型微腔结构,在100μm×600μm悬臂梁区域内集成出周长达5297μm的硅微谐振腔。利用MEMS工艺制作出所设计的微腔结构,测试品质因数达105。该结构应用于加速度等传感器中,在不减小传感器抗冲击性和量程的前提下,能有效提高探测灵敏度。     

悬臂梁式SAW加速度计的信号特征及测量方案

加速度计设计的传统思路是设法利用好阻尼使悬臂梁尽快进入稳定状态,实现加速度的准确测量.然而,由于阻尼问题的复杂性和时变性,实际声表面波(SAW)加速度计的悬臂梁在外施待测加速度的作用下,常常会出现短暂位移振荡,进而引起声表面波谐振器(SAWR)谐振频率的振荡变化.本文分析了悬臂梁式SAW加速度计在高敏感、欠阻尼工况下SAWR信号的动态特征,提出了一种实时性较强的待测加速度值测量方案,并对该测量方案进行了必要的误差分析.     

微操作机器人系统拟实环境的建模与实现

建立微操作机器人的拟实环境结构, 应包括微操作环境的建模、微操作工具的建模及模型叠加三部分; 本文就微操作环境的建模与实现和微操作工具的建模与实现这两部分的关键技术: 图像传输、虚拟微操作器的生成、虚拟显微镜、虚拟成像过程及虚拟控制器给出了实现方案, 并在基于微机的硬件结构和VisualC ++及OpenGL组成的软件环境里, 得到了虚拟微操作环境和虚拟微操作工具的动态模型.     

高量程加速度传感器在测试中的失效分析

通过在不同测试环境对高量程加速度传感器进行测试,并对传感器在测试中出现的失效进行分析,在实验室环境测试中出现的主要失效模式为键合引线的脱落和微梁的断裂,其原因是不同金属的引线键合强度较低;重复性的冲击加速了材料的疲劳.在实弹测试环境测试中出现的传感器失效原因主要足在侵彻测试中传感器芯片与侵彻信号中高频分量发生共振导致过...     

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。     

惯导系统中石英加速度计的动态测试方法研究

针对载体运动状态下惯性导航系统(INS)定位精度受加速度计动态性能的影响,提出一种动态环境下的石英加速度计的误差分离测试方法。建立了石英加速度计动态环境下的模型,设计了转台模拟载体机动的工作环境,分析了动态测试原理,并根据测试结果对其性能进行分析。试验结果表明:提出的加速度计动态测试方法可以有效地得到石英加速度计的动态性能指标。     

基于微悬臂梁的化学传感器的灵敏度研究

基于探测的原理,在动态模式下,首先对不同结构梁的本征频率偏移量进行了有限元分析,结果表明三角形梁的灵敏度最高。然后重点针对不同结构参数的三角形梁进行了动态计算,获得了其频率偏移量随结构参数变化的关系曲线。另外,通过静态模式下的有限元计算,发现各种梁自由端的偏移量相同,表明它们的静态灵敏度与形状无关。最后,对三角形梁在不同测量模式下结构参数的优化设计进行了分析。