基于MEMS技术的微型电场传感器设计与仿真

报道了一种新型的基于MEMS技术的微型电场传感器.该传感器采用半导体微加工工艺制备,具有体积小、重量轻、功耗低等优点.阐述了传感器的工作原理,描述了设计方案,介绍了计算机模拟仿真结果.     

基于MEMS技术的微型电场传感器设计与仿真

报道了一种新型的基于MEMS技术的微型电场传感器。该传感器采用半导体微加工工艺制备 ,具有体积小、重量轻、功耗低等优点。阐述了传感器的工作原理 ,描述了设计方案 ,介绍了计算机模拟仿真结果     

一种基于微加工技术的微型电场传感器的设计与制造

一种新型的,以压电陶瓷条为驱动、硅为屏蔽和感应电极的微型电场传感器。此种传感器利用了新型的电场感应模式,采用微加工技术制造,使其具备体积小、重量轻、功耗低、便于与其它器件集成等特点,而且制作工艺简单,成本较低。本文阐述了此种传感器的工作原理,并通过计算机模拟验证了可行性,同时描述了新型传感器的结构设计和加工工艺过程。实验数据表明,新型电场传感器的分辨率达到250V／m。     

集成差分电容式MEMS微型电场传感器设计与研制

在继电保护实际运行中,屏柜内部一些隐性故障将造成压板投退失效,严重威胁着电网的安全可靠运行。为了能够可靠、有效地监测出口压板的带电状态或电气导通性,设计了一种SOI差分电容式MEMS电场传感器。所设计的传感器以微机械元件物理设计为基础,构造出可靠的运行结构,并且依靠一个低噪声、高动态范围的接口IC来完成操作。所设计的接口集成电路在应对脉冲式的间歇性操作的同时,组织互补设备阵列以感应各种不同的测量信号。通过COMSOL Multiphysics仿真实验可以看出,所设计的传感器能够很好地满足压板状态监测的需求。     

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。     

应用于MEMS气密性封装测试的微型湿度传感器的设计与制作

MEMS器件的封装一直是MEMS技术的难点之一，在封装设计中，如何测试封装的有效性就显得尤为重要。本文叙述了一种基于MEMS技术的微型湿度传感器的原理、设计以及工艺流程。在其上进行气密性封装，则可通过对封装内的湿度测量来判断该封装的气密性能。在设计中，充分考虑了尺寸、工艺以及灵敏度等各方面要求。制作采用的是传统的光刻、刻蚀工艺。该湿度传感器结构简单，易于制作，其性能能够满足气密性封装测试的要求。     

基于MEMS技术的仿生纤毛风速传感器的设计和仿真

设计了一种可以实现二维风速测量的电容式纤毛传感器,其特点为通过差分电容检测流速,传感器运动结构所对应的背硅被完全刻蚀。采用有限元分析软件,通过流体-固体-静电场的多物理场仿真,分析得到了传感器的差分电容与风速的变化关系。结合电容传感器AD7746的理论精度,计算得出传感器的风速灵敏度为0.25mm/s。此外,设计了基于SOI硅片的传感器微加工制备的工艺流程。     

基于Labview的微型电场传感器自动标定系统

针对微型电场传感器输出信号弱(pA量级)、噪声强等特点,设计了一种新型的传感器微弱信号检测与标定测试系统。该系统采用Labview可视化编程语言,实现传感器的采集控制和信号处理,并基于新型的相关检测和噪声抑制技术,可实现信噪比达到-60dB的信号提取,通过加载相关测试模块,可进一步测得传感器的静态及动态指标,并谱出动态响应曲线。     

SOI微型电场传感器的设计与测试

该文研制了一种新型的基于SOI (Silicon-On-Insulator)微机械加工技术的高性能电场传感器敏感结构。为提高传感器的灵敏度和信噪比,该器件采用侧面屏蔽感应电极的独特设计方案,降低了传感器屏蔽电极的边缘效应;并基于有限元仿真,进一步优化了传感器敏感结构参数。在室温和室内大气压条件下,测试表明,测试量程0～50 kV/m,传感器总不确定度优于2%,分辨率为50 V/m。     

微型传感器家族新成员—微型接近传感器

利用MEMS(Micro Electromechanical System,微机电系统）技术制作的微型传感器是近年来传感器发展的主流之一,特点是体积小、重量轻、功耗低、功能集成度高和可靠性高等。其制造过程利用了半导体业较为成熟的工艺,能实现与之类似的大批量、高精度加工。目前,已研制出的微型传感器种类繁多,其中压力、加速度、磁(霍尔效应）、温度、光学(CCD)等传感器已有成熟商品问世。本文则将以Xiaofeng Yang (Advanced Micro Machines公司）等人研制的一种单片式传感器为例,介绍微型接近传感器这一微型传感器家族的新成员。用途及基本原理这…     

聚酰亚胺振动膜微型电场传感器

设计并分析了一种新型的以硅为基底、聚酰亚胺为振动膜的微型电场传感器。此种传感器利用了聚酰亚胺耐热、耐腐蚀并具有良好机械性能的特点,采用MEMS技术制造,使其具备体积小、重量轻、功耗低、便于与其他器件集成等特点,而且制作工艺简单,成本较低。本文阐述了此传感器的工作原理,并通过计算机模拟确定了增强信号的方法,同时描述了新型传感器的结构设计和加工工艺过程。     

基于MEMS的压阻式超声传感器的设计与测试

A kind of piezoresistive ultrasonic sensor based on MEMS is proposed,which is composed of a membrane and two side beams.A simplified mathematical model has been established to analyze the mechanical properties of the sensor.On the basis of the theoretical analysis,the structural size and layout location of the piezoresistors are determined by simulation analysis.The boron-implanted piezoresistors located on membrane and side beams form a Wheatstone bridge to detect acoustic signal.The membrane-beam microstructure is fabricated integrally by MEMS manufacturing technology.Finally,this paper presents the experimental characterization of the ultrasonic sensor,validating the theoretical model used and the simulated model.The sensitivity reaches -116.2 dB(0 dB reference = 1 V/μbar,31 kHz),resonant frequency is 39.6 kHz,direction angle is 55°.     

基于硅桥结构的MEMS磁场传感器

提出了一种基于硅桥结构的MEMS磁场传感器结构。其结构由制作在硅桥敏感膜表面的惠斯通电桥和在膜中间沾上铁磁体制成。当传感器处于磁场中时,铁磁体在外磁场中磁化产生磁力,磁力会使硅敏感膜弯曲从而引起压阻改变进而使惠斯通电桥产生电压输出以达到测量磁场的目的。文章通过有限元软件仿真对铁磁体的尺寸进行了优化。实验结果和理论结果较接近。实验测得该传感器最大灵敏度为48mV/T,分辨率为160μT,该传感器可以用来进行强磁场的测量。实验结果结果表明:传感器的重复性和动态响应时间分别约为0.66%和150ms。     

SOI谐振式微型电场传感器的新型制作工艺研究

This paper presents a new fabrication process for the SOI-based novel miniature electric field sensor. This new process uses polyimide film to release the SiO₂ layer.Compared with the CO₂ critical point release method,it significantly improves the device surface cleanliness and shortens the process flow.The impurity on the base layer is analyzed.The problem of peak and butterfly-type contamination occurring on the base layer of the SOI wafer during the DRIE process is discussed and solved by thickening the photoresist layer and coating with polyimide film twice.This new process could fabricate MEMS sensors and actuators such as SOI-based electric field sensors,gyroscopes,and micro mirrors and can be an alternative fabrication process compared to commercial SOIMUMPS fabrication processes.     

基于MEMS传感器的运动物体轨迹仿真研究

本文构建了以MPU6050传感器为核心的数字采集系统,实时采集得到三轴陀螺仪和三轴加速度计随直径为25cm转台旋转一周的运动数据,基于四元素的姿态更新算法描绘其运动轨迹;为验证算法的正确性,分析了传感器在转台上的运动过程,通过计算机仿真模拟上述运动,得到传感器输出数据,仍通过上述算法解算运动轨迹.仿真出运动轨迹确实近似是直径为25cm的圆,从而验证了此算法的准确性.此外,通过对比仿真轨迹结果和实际数据解算运动轨迹,发现由于运动时间延长,陀螺漂移和积分累积误差对轨迹测量的精度有着不可忽视的影响;MPU6050传感器精度太低,适用于短时间低速运动或微小旋转角度场合.     

基于陀螺仪的微型防摔传感器手杖设计

为了便于对空巢老人进行实时监控,实现无人化健康管理,文章提出了手杖的设计方案。当老人借助手杖运动时,手杖可以帮助老人调节身体平衡,防止摔倒。首先将微机械陀螺仪置于机械智能手杖中,其次通过结合加速度传感器、地磁传感器和单片机技术,将机械装置、驱动部件、电控系统构成一个具有特定功能的完整系统,最终实现对老人的实时监控和无人化健康管理。     

Diaphragm design guidelines and an optical pressure sensor based on MEMS technique

The design guidelines for micro diaphragm-type pressure sensors have been established by characterization of the relationships among diaphragm thickness, side length, sensitivity, and resonant frequency. According to the study, the thickness need to be thin and the side length need to be small in order to get the sensitive diaphragm with high resonant frequency. A Fabry-Perot based pressure sensor has been designed based on the guidelines, fabricated and characterized. In principle, the sensor is made according to Fabry-Perot interference, which is placed on a micro-machined rectangular silicon membrane as a pressure-sensitive element. A fiber-optic readout scheme has been used to monitor sensor membrane deflection. The experimental results show that the sensor has a very high sensitivity of 28.6 mV/Pa, resolution of 2.8 Pa, and up to 91 kHz dynamic response.     

基于MEMS的电容式传感器信号调理电路设计

为了提高（Micro-electro-mechanical Systems,MEMS）微机电系统电容式传感器测量低电容的灵敏度,提出了一种MEMS电容式传感器调理电路,并采用绝缘硅片（SOI）MEMS电容式加速度传感器组成了完整的电容测量系统。该信号调理电路采用了一组片上电容阵列用以抵消电容结构的失配。并且采用可调的方形波发生器来调谐系统的灵敏性,以此弥补电子装置制成后产生的变化。电路采是0.18-μm CMOS 技术设计并制成,测量结果显示,提出的测量系统能够准确测量到MEMS传感器的电容变化以及加速度,证明了信号调理电路的正确性和精确性。