MEMS隧道加速度计的系统分析与设计

主要论述了一种新型体硅工艺MEMS隧道加速度计的系统分析与设计，对加速度计敏感头与伺服反馈电路组成的系统进行系统建模，其中包含了结构的模型和反馈控制电路的模型。以系统模型作为基础，分析了器件工作所必须的条件，对器件的结构参数和反馈控制电路的参数进行了设计，并给出了系统的静态与动态输出。另外，本文提出了参数敏感度因子的概念及其计算方法，利用这种方法可以对每一个参数计算其对应的敏感因子，从而为参数容差设计提供了依据。     

MEMS加速度计微敏感结构的伽马辐照退化效应

抗辐射的微机电系统(MEMS)加速度计在航天飞行器和核工业中有着广泛应用。当前的研究主要集中在MEMS测控电路的抗辐射加固技术上,对MEMS微敏感结构的辐照退化机理还缺乏深入的认识。由于MEMS微敏感结构和测试电路必须工作在一起,目前研究的难点在于如何准确地辨别出MEMS敏感结构在整表中所贡献的辐照退化量占比,并基于微纳测量的方法辨析出其辐照退化机理。针对该问题,本文首先开发出了一种针对MEMS器件分部件的辐照退化测量技术,成功提取出MEMS敏感结构所产生的辐照退化量;然后采用专门制备的对照MEMS芯片和电学测试的方法来对其退化机理进行研究。测量结果发现：MEMS敏感结构的辐照退化并不来自于寄生电容层的充电效应或各类电阻参数变化效应,而主要来自于界面薄氧化层的充电效应。这些界面层俘获的电荷会对MEMS可动质量块产生一个附加的静电力从而导致MEMS加速度计的输出漂移。综上,本文基于微纳测量的手段明确推断出了MEMS敏感结构在电离辐照条件下的退化机理,为后续的MEMS器件抗辐射加固改进提供了重要的技术方向指导。     

加速度计与MEMS明日之星

微机电系统（MEMS）在发展了近四十年后,近来因为游戏机（Wii、PS3）、手机（iPhone）、MP3（iPod touch）等消费性电子产品的应用,终于划下时代性的一刻,成功打入产量最大的消费性市场。这对于微机电产业来说无疑是值得庆贺的时刻,因为有太多的研发心力已投入这项将微机械与微电子工程融合的微机电设计诉求之上,如今总算看到令人欣慰的一些成果。     

MEMS隧道加速度计的系统分析与设计

主要论述了一种新型体硅工艺MEMS隧道加速度计的系统分析与设计,对加速度计敏感头与伺服反馈电路组成的系统进行系统建模,其中包含了结构的模型和反馈控制电路的模型.以系统模型作为基础,分析了器件工作所必须的条件,对器件的结构参数和反馈控制电路的参数进行了设计,并给出了系统的静态与动态输出.另外,本文提出了参数敏感度因子的概念及其计算方法,利用这种方法可以对每一个参数计算其对应的敏感因子,从而为参数容差设计提供了依据.     

MEMS隧道加速度计的系统分析与设计

主要论述了一种新型体硅工艺MEMS隧道加速度计的系统分析与设计 ,对加速度计敏感头与伺服反馈电路组成的系统进行系统建模 ,其中包含了结构的模型和反馈控制电路的模型。以系统模型作为基础 ,分析了器件工作所必须的条件 ,对器件的结构参数和反馈控制电路的参数进行了设计 ,并给出了系统的静态与动态输出。另外 ,本文提出了参数敏感度因子的概念及其计算方法 ,利用这种方法可以对每一个参数计算其对应的敏感因子 ,从而为参数容差设计提供了依据     

一种结构新颖的地震动加速度计

对比典型的差动电容结构,设计了一种新的折叠梁电容式MEMS低g(g=9.8m/s~2,当地重力加速度)值加速度计,指标为量程0～±2g,横向灵敏度<3%。利用有限元分析软件对模型进行了静态应力分析和模态分析,并给出了接口电路和自检测功能原理。最后设计了一套可行的加工工艺。     

用MEMS加速度计作为拾音器完美再现乐器音效

MEMS(微机电系统)传感器在汽车、手机、个人电脑、相机等各种应用中屡见不鲜,但是直到现在,这类传感器还未用于吉他领域.本文作者将探究以下问题的答案:如何采用MEMS加速度计作为声学传感器.     

MEMS加速度计混合误差标定补偿方案

针对微机电系统(MEMS)加速度计在实际使用过程中存在非正交零偏误差和温度漂移误差的问题,提出了一种混合误差标定补偿算法。算法通过分析加速度计温度与误差的关系,在不同温度区间下建立加速度计输出的误差模型,在每个温度区间采用十二位置校准法对加速度计的非正交零偏误差进行标定补偿,得到精确的零偏和刻度因子,同时采用最小二乘法拟合零偏和刻度因子与温度的一维关系函数,最终实现不同温度区间下的动态误差补偿。实验结果表明,本算法可使加速度计输出的精度提高1个数量级,补偿效果明显。     

MEMS电容式超声传感器设计

在传统的电容式超声传感器(CMUT)制造过程中,用低压化学气相淀积技术形成的氮化硅薄膜残余应力大且机械性能难以预知。为此,设计了一种基于阳极键合技术的CMUT,传感器薄膜和空腔分别定义在均匀性好、残余应力低的SOI片和玻璃片上。建立了一个简化的分析模型对该结构进行机械性能分析,采用有限元分析软件ANSYS仿真验证该所建立的分析模型并预估传感器的性能。利用ANSYS静电 结构耦合仿真给出了塌陷电压。介绍了敏感单元的工艺流程。所设计的传感器频率为1.48 MHz,灵敏度为0.24 fF/Pa,塌陷电压为70 V,量程为48 kPa。     

基于MEMS加速度计的单轴数字倾角传感器

在分析MEMS加速度传感器测量倾角的原理和方法的基础上,设计了基于MEMS双轴加速度传感器的数字化全量程单轴倾角传感器,并介绍了其软硬件实现。通过分析加速度传感器的安装误差及X轴和Y轴的灵敏度差异,给出了加速度传感器的参数校正算法,并确定合适的测量频率与带宽,经测试,所设计的数字化单轴倾角传感器测量范围±180°,精度0.1°。     

基于小波包-神经网络的MEMS加速度计零漂补偿

针对微机电系统(MEMS)加速度计零位漂移大的问题,研究了一种基于Birgé-Massert(BM)阈值小波包降噪的广义回归神经网络对MEMS加速度计零位漂移进行非线性抑制的新方法。该方法首先利用BM阈值小波包滤除零位漂移中的噪声,然后利用广义回归网络对非线性数据的无限逼近原理,来建立MEMS加速度计的零漂模型。将实测数据代入模型,计算结果表明,经过该模型补偿后的零漂输出结果同未经补偿、最小二乘拟合补偿、未经滤波建模补偿相比,均值分别减小97.4%、67.8%、67.8%,均方差分别减小87.4%、87.5%、90.9%;利用训练后的模型进行实时补偿延迟时间为10-5 s。分析结果证明了基于BM阈值小波包降噪滤波技术的广义回归网络组合模型的有效性和合理性。     

力平衡MEMS加速度计的系统级建模与仿真

利用两种不同方法完成力平衡加速度计的系统级仿真．系统级模型参数在已完成的硅基力平衡MEMS加速度计结构上提取,数学模型和仿真分别采用VHDL—AMS和SIMULINK TM来实现．对仿真结果进行比较,两者之间有细微的差别．利用VHDL-AMS进行仿真更灵活、准确,模型可重复再用,但是过程中要消耗更多时间．而使用SIMULINK可以方便、快捷地建立模型．     

力平衡MEMS加速度计的系统级建模与仿真

利用两种不同方法完成力平衡加速度计的系统级仿真.系统级模型参数在已完成的硅基力平衡MEMS加速度计结构上提取,数学模犁和仿真分别采用VHDL-AMS和SIMULINK TM来实现.对仿真结果进行比较,两者之间有细微的差别.利用VHDL-AMS进行仿真更灵活、准确,模型可重复再用,但是过程中要消耗更多时间.而使用SIMULINK可以方便、快捷地建立模型.     

一种基于MEMS芯片的新型地面大气电场传感器

该文基于MEMS电场敏感芯片,研制出了一种新型的地面大气电场传感器,解决了现有场磨式电场仪易磨损、功耗大、故障率高等问题。敏感芯片采用SOIMUMPS加工工艺制备,其芯片面积仅为5.5 mm5.5 mm。该文提出了传感器敏感芯片的弱信号检测方法,设计出了满足环境适应性的传感器整体结构方案,并建立了传感器的灵敏度分析模型。对电场传感器进行测试,测量范围为-50 kV/m~50 kV/m,总不确定度为0.67%,分辨力达到10 V/m,功耗仅为0.62 W。外场试验结果表明,MEMS地面大气电场传感器在晴天和雷暴天的电场探测结果,与Campbell公司场磨式电场仪探测结果都有较好的一致性,说明该传感器能满足预测雷暴要求,实现雷电监测和预警功能。     

基于MEMS加速度计的单轴数字倾角传感器北大核心CSCD

在分析MEMS加速度传感器测量倾角的原理和方法的基础上,设计了基于MEMS双轴加速度传感器的数字化全量程单轴倾角传感器,并介绍了其软硬件实现。通过分析加速度传感器的安装误差及X轴和Y轴的灵敏度差异,给出了加速度传感器的参数校正算法,并确定合适的测量频率与带宽,经测试,所设计的数字化单轴倾角传感器测量范围±180°,精度0.1°。     

抗野值自适应Kalman滤波在MEMS加速度计信号处理中的应用

针对MEMS加速度计在复杂应用环境下输出信号中存在野值,且其噪声统计先验知识不足的问题,运用了一种抗野值自适应Kalman滤波算法,采提高其测量精度.该算法用一个修正函数加权于自适应Kalman滤波方程的新息上,根据新息的方差和均值变化自适应调整修正权值,从而保持序列原有性质.通过对输出信号的算法验证,表明该算法能够有效在线去除野值,防止滤波发散,在提高MEMS加速度计测量精度上有一定的可行性.     

MEMS高温电容式压力传感器的研制与测试

介绍了一种用硅-硅键合MEMS技术制作的高温电容式压力传感器,并给出了详细的制作工艺.文中对测试装置、测试电路进行了介绍和深入分析,最后用此测试电路对制作的传感器器件进行了高温测试,测试结果表明这种微传感器可在低于350℃的条件下正常工作,且具有很大的线性工作范围、良好的稳定性和较高的灵敏度,其应用前景十分广阔.     

新型双向电容式MEMS加速度计特性分析

文章研究了一新型的栅形条电容MEMS加速度计,通过新型结构设计降低了传感器的机械噪声和电子噪声。用软件ANSOFT-Maxwell对栅形条电容的宽度、厚度及叠加宽度对检测电容的影响进行了分析。用深度离子刻蚀工艺和硅-玻璃键合工艺制作了传感器,初步测试结果表明其在X和Y方向的灵敏度分别为0.53pF/g 、0.49pF/g。制作的栅形条谐振子在大气下的品质因子达到514,说明栅形条结构可大大降低机械噪声。     

MEMS陀螺的抗野值自适应滤波降噪方法

针对微机电系统(MEMS)陀螺随机漂移较大及量测信息中野值对滤波的不利影响,提出了一种抗野值自适应滤波降噪方法。该方法采用Allan方差信息估计量测噪声方差参数,避免了Kalman滤波器与量测噪声估值器之间的相互关联,能有效抑制滤波发散。在此基础上引入新息抗野值算法,通过修正新息去除野值的不利影响,增强对随机漂移的滤波效果。实测数据试验结果表明,采用该文方法滤波后的MEMS陀螺输出信号均方差及角度随机游走都比滤波前明显降低,验证了提出的滤波方法在MEMS陀螺降噪中的有效性。     

MEMS陀螺仪技术简介

微机电系统（MEMS）已经在消费性电子装置上,如陀螺仪、磁力计、加速度计、投影机、麦克风、高度计、显示屏等各种组件到处都看得到它的踪影。继上一期报导,本期专题延续MEM技术应用的介绍。