不等基频硅微谐振式加速度计

分析了硅微谐振式加速度计的两个谐振器在谐振频率相交点附近区域产生耦合的原因,设计了一种新型的不等基频硅微谐振式加速度计,并对其进行了有限元仿真.该加速度计由质量块、放大惯性力的杠杆机构以及一对尺寸不同的谐振器组成.采用DDSOG工艺加工.利用ANSYS有限元软件进行仿真,结果表明加速度计上谐振器的谐振基频为124 67...     

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.     

谐振式硅微机械加速度计研究进展

谐振式硅微机械加速度计作为一种新型的对加速度进行测量的传感器,是通过检测加速度施加前后谐振敏感元件谐振频率变化实现对加速度检测的。该传感器具有频率信号输出、稳定性好、灵敏度高、精度高等优点,己成为微传感器的重要发展方向之一。汇总了该传感器的国内外相关研究现状,并对加工工艺进行了总结,讨论了谐振式硅微加速度计设计中的关键技术因素,并给出了未来的发展方向。     

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。     

谐振式微加速度计设计与加工误差分析

为提高谐振式微加速度计的灵敏度和精确度,设计了放大惯性力的柔性微杠杆机构,从理论上分析了微杠杆机构的不对称误差,设计了误差消除机构;经有限元仿真分析证明:所设计的机构能有效减小由不对称误差产生的横向力,有效地消除了放大机构不对称误差对谐振器的影响。分析了形状加工误差对加速度计性能的影响,为制作高灵敏度和高精确度加速度计提供了保障。     

压阻式硅微加速度计的研制

介绍压阻式硅微加速度计的结构设计。采用等离子体刻蚀技术制作成硅微加速度计。该技术具有腐蚀深宽比高、掩模选择性好的特点,适用于微机械器件的制作。通过测试,加速度计的非线性达到0.2%。讨论了影响加速度计灵敏度的结构因素和工艺因素。     

硅岛式微谐振压力传感器灵敏度分析与仿真

微谐振式压力传感器尺寸小、重量轻、精度高并具有效字输出,在航空航天等领域有着广阔的应用前景.然而由于微机械加工工艺的限制,复杂结构的制作存在很多困难,因而为实现高灵敏度压力测量,微谐振式压力传感器的结构设计就显得尤为重要,因此提出一种新型硅岛式谐振梁支撑结构,它利用硅薄膜作为典型的一次敏感元件,并在其上表面中央部位设计了两个硅岛凸起平台,用以固定硅谐振梁,并通过有限元软件ANSYS进行仿真.分析结果表明,在一定量程内,该结构能有效提高谐振梁内的应力放大倍数,进而提高微压力传感器的灵敏度.     

微加速度计中新型微杠杆机构设计和分析

设计谐振式微加速度计时,需要考虑一个最关键的问题是提高其灵敏度.放大质量块产生的惯性力是提高灵敏度的最有效方法.基于柔性铰链技术设计一种新型两级微杠杆放大机构,并建立了放大机构的力学和数学模型,在此基础上进行了解析法分析和参数优化设计;同时利用有限元分析方法对其进行了仿真计算.计算结果显示机构的放大倍数约为102倍.这一设计方案极大地提高了微加速度计的灵敏度.     

基于精密离心机的三轴硅微谐振加速度计标定方法

为更准确辨识三轴硅微谐振加速度计的误差系数,提高加速度计在飞行器上的加速度矢量测量精度,设计基于精密离心机的加速度计标定方法。分析硅微谐振加速度计的工作原理及误差项,在考虑离心机主要误差源的基础上建立包含零位偏移、标度因数、非正交安装误差、二次项误差与横向灵敏度的硅微谐振加速度计误差模型;设计离心机匀角加速度旋转的三姿态标定方法,在径向轴高g输入的同时,增加角加速度激励,可以更好标定加速度计横向灵敏度;对所提出的标定方法进行仿真,通过最小二乘法完成模型参数辨识。仿真结果表明,参数辨识相对误差可控制在2%以内,二次项系数与横向灵敏度辨识精度均小于1μg。     

静电刚度式谐振微加速度计设计

运用梁的横向振动特性分析了梁振动频率与平行板电容形成的静电刚度的关系,并以此设计了静电刚度式谐振微加速度计。在加速度作用下,检测质量产生的惯性力使电容器极板发生位移来改变电容结构的间隙大小,从而使谐振频率发生变化,通过检测频率变化量来测量输入加速度的大小。根据加速度计的工作原理说明检测过程中梁的机械刚度保持不变,只与产生静电刚度的电容间隙变化相关,减小了检测信号对机械误差与残余应力的依赖性。运用加工参数进行理论计算得出加速度计的灵敏度为21．17Hz／gn,在CoventorWare2005中进行仿真表明：加速度计的固有频率为23．94kHz,灵敏度约为20Hz／gn,与理论设计值相近。     

谐振式微加速度传感器的有限元分析

有限元分析用来评估一种新颖的谐振微加速度传感器,仔细分析新结构的几个主要振动模态,优化结构参数,证实这种硅基谐振式微加速度传感器的灵敏度高于1 000 Hz/gn.而且在有限元分析的基础上对实际制造的非完全匹配的双端固定音叉的特点和对于测量的不良影响进行分析.     

Post-CMOS-Compatible Aluminum Nitride Resonant MEMS Accelerometers

This paper describes the development of aluminum nitride (AlN) resonant accelerometers that can be integrated directly over foundry CMOS circuitry. Acceleration is measured by a change in resonant frequency of AlN double-ended tuning-fork (DETF) resonators. The DETF resonators and an attached proof mass are composed of a 1- $muhbox{m}$ -thick piezoelectric AlN layer. Utilizing piezoelectric coupling for the resonator drive and sense, DETFs at 890 kHz have been realized with quality factors $(Q)$ of 5090 and a maximum power handling of 1 $muhbox{W}$. The linear drive of the piezoelectric coupling reduces upconversion of $1/f$ amplifier noise into $1/f^{3}$ phase noise close to the oscillator carrier. This results in lower oscillator phase noise, $-$96 dBc/Hz at 100-Hz offset from the carrier, and improved sensor resolution when the DETF resonators are oscillated by the readout electronics. Attached to a 110-ng proof mass, the accelerometer microsystem has a measured sensitivity of 3.4 Hz/G and a resolution of 0.9 $hbox{mG}/surdhbox{Hz}$ from 10 to 200 Hz, where the accelerometer bandwidth is limited by the measurement setup. Theoretical calculations predict an upper limit on the accelerometer bandwidth of 1.4 kHz.$hfill$ [2008-0190]      

Design and fabrication of a resonant pressure sensor by combination of DETF quartz resonator and silicon diaphragm

A new type of resonant pressure sensor is presented which is realized by combination of a double-ended tuning fork (DETF) quartz resonator and a silicon diaphragm. To examine the feasibility and investigate the performance of this innovation, theoretical analysis and finite elements method are employed to optimize the structure parameters. Micromachining technology are involved in the fabrication of the silicon diaphragm and the DETF quartz resonator, which are fabricated separately and bounded together afterwards. Performances of the sensor prototypes are experimentally investigated. Preliminary testing results demonstrate that the sensor features a high sensitivity of approximately 452.5 Hz/kPa in the operating range of 0–6 kPa at room temperature, with a non-linearity <0.035 % FS and a hysteresis of 0.055 % FS. In addition, the maximum zero-drift is about 0.5 Hz/h which reveals favorable frequency stability. Thus, the feasibility of this scheme is verified. Due to the excellent performances such as high accuracy, high sensitivity, low cost and simple fabrication, this novel resonant sensor provides a commendable solution for low pressure measurement.     

静电梳齿微谐振器结构参数化设计

从理论上分析静电梳齿微谐振器的机械力学特性,给出了活动梳齿的横向谐振频率解析解。鉴于目前静电微谐振器模拟仿真中存在的问题,提出利用基于MAST语言实现的MEMS宏模块建立微谐振器系统级通用仿真模型,为验证外围电路提供了基础。仿真结果与理论模态分析相一致,验证了模型的有效性。通过谐振频率对结构参数的敏感性分析为优化谐振器性能提供基础,使工作模态远离其他高阶模态;合理安排激励电极,抑制一阶模态扰动。敏感性仿真表明:在横向振动微谐振器中,工作模态谐振频率随梁长的增加而减小;随梁宽的增加而增大;结构层厚度对横向振动频率没有影响;梳齿部分所有参数的变化造成频率的反向变化。     

高灵敏度谐振式微加速度传感器的设计与制作

为提高加速度传感器灵敏度,提出一种新的加速度敏感机制,并基于此原理设计了一种新的微机械谐振式加速度传感器结构.分析了加速度传感器的数学模型及影响灵敏度的关键参数,并以此为依据对传感器结构参数进行优化设计.采用扩散硅层作为谐振子,提高器件性能的同时简化了制作工艺,利用KOH溶液湿法腐蚀硅在各晶向上的各向异性,实现了支撑梁...     

微机械音叉谐振器动力学分析与仿真

根据双端固定音叉谐振器的动力学原理,建立了其参数模型.该模型基于MAST语言,包含几个子模型,模型有利于验证外围电路和减少计算时间.对于工作谐振模态频率的求解,解析计算和有限元仿真结果一致(相对误差小于1%).通过模态分析和结构参数敏感性分析提出合理的选择参数可以使工作模态频率远离高阶模态频率.减少音叉梁固接端的弹性系数有利于抑制低阶模态的扰动.结构参数敏感性分析表明工作频率随音叉梁长度增大而减小,随其宽度的减小而增大.结构厚度对频率不产生影响.     

谐振式微机械加速度计设计的关键技术

谐振式微机械加速度计直接输出频率信号,具有稳定性好、精度高的特点.分析了谐振式微机械加速度计的工作机理,建立了第一级敏感结构、杠杆机构和第二级敏感结构的数学模型,指出了实现高灵敏度加速度测量的关键技术在于支撑梁、质量块、谐振器和杠杆机构的设计.提出了一种谐振式微机械加速度计结构,进行了结构的优化设计和仿真计算,得出的性能指标:谐振频率98 858 Hz,Q值673.9,灵敏度24.52 Hz/gn.