压阻式小量程SOI加速度敏感芯片设计与分析

为满足建筑物振动监测等应用对小加速度信号测量的需求,采用带有微梁和支撑梁的敏感结构设计了一种压阻式小量程加速度传感器芯片,为弥补压阻式传感器测量小信号精度低这一不足,基于SOI技术设计了单晶硅应变电阻.利用有限元法对敏感芯片结构进行了仿真分析,给出了兼顾灵敏度与固有频率这两个技术指标的设计方法,以此确定了敏感芯片的尺寸...     

多晶硅纳米膜压阻超薄微梁加速度敏感结构

随着微机电系统(MEMS)技术的迅速发展,硅基加速度传感器已经得到广泛应用。但在敏感结构设计中,普遍存在灵敏度与固有谐振频率相互制约的矛盾。为此,采用多晶硅纳米膜作应变电阻,设计了300 nm超薄微梁加速度敏感结构。这种结构的设计改善了灵敏度与谐振频率之间的矛盾,使两者乘积值提高了30余倍,从而使压阻加速度计的性能得到大幅提升。     

孔缝双桥结构高性能压阻式加速度传感器

针对装备智能化与监测系统无线化发展对振动传感器的要求,基于微机电系统和应力集中技术,提出并研制一种具有孔缝双桥结构的高灵敏度、高固有频率的压阻式微型加速度传感器。结合理论分析与数值计算方法,分析该结构的特性,通过研究孔缝尺寸对传感器性能的影响确定传感器敏感结构尺寸。传感器芯片采用微细加工工艺制作,并在简单的封装之后进行静态、动态性能测试。试验结果表明,孔缝双桥结构加速度传感器在3 V供电电压下,灵敏度可达到0.424 mV/g,相对传统双桥结构提高了60%以上,而测得的固有频率相对于传统双桥结构仅略有下降,仍在10 kHz以上。孔缝双桥结构加速度计通过引入应力集中孔缝,以较小的固有频率损失,明显提高了传感器的测量灵敏度,具有更为优良的综合性能。     

压阻式加速度传感器的补偿技术的研究

对扩散硅压阻式加速度传感器的零点误差,温度漂移和动态特性等进行了分析研究,给出了它们的补偿原理及其实现方法。     

压阻式复合惯性加速度传感器的研究

对于压阻式复合惯性加速度传感器的惯性变换系统的结构特性、工作原理进行了分析讨论,建立了数学模型,所设计的惯性式弹性敏感元件,能分别将线加速度产生的惯性力及角加速度产生的惯性力矩,转换成弹性梁的变形,通过应变计及电路,将此变形转换成为可测的电学量.并能通过合理组合的测量电桥,消除线加速度及角加速度之间交叉耦合影响.并用试验证实了该惯性系统设计合理,它可以作为线加速度及角加速度复合测量用.     

一种高灵敏度硅压阻式加速度传感器的研究

介绍一种高灵敏度硅压阻式加速度计的工作原理、结构、工艺技术及测定方法;通过分析和实践,得到了能提高速度传感器输出性能的有价值的结论。     

三角剪切型压电加速度传感器固有频率计算及优化北大核心CSCD

针对应用于高温环境的剪切型压电加速度传感器,建立了固有频率的计算模型,研究了刚度和几何结构参数对加速度传感器固有频率的影响。研究结果表明:该模型计算结果和有限元仿真结果基本一致。三角支柱的法向刚度对传感器整体刚度的影响最大。中心支柱的几何尺寸对固有频率影响最大,质量块的长宽以及压电片高度对固有频率也有较大影响。优化后的传感器实物样品,固有频率较优化前实现了约20%的提升,符合理论变化趋势。该计算模型和计算结果有助于优化三角剪切型压电加速度传感器。     

压阻式传感器的应变与温度交叉灵敏度分析

运用二元函数的泰勒展开式给出了应变与温度交叉灵敏度大小的公式，阐明了其物理意义，并结合实际测量数据估计了交叉灵敏度；对于实际使用传感器和进行补偿具有一定的指导意义。     

基于表面微机械技术的压阻式加速度传感器

文中介绍了一种以表面微机械技术制造的带有片上静电自检测功能的压阻式加速度传感器.该芯片制造利用了表面微机械加工技术,以低应力氮化硅薄膜为结构材料,多晶硅作为压阻材料,引入了准LIGA的电镀铜工艺,实现了一款低成本、与IC制造工艺相兼容的压阻式加速度传感器.电镀的铜质量块使压阻输出获得了足够高的灵敏度.利用金属质量块和衬底形成的一对电极,实现了可片上检测器件是否正常工作的片上静电自检测功能.传感器测试结果表明,加速度输出灵敏度为25.1 μV/g,-3 dB频率带宽为1.3 kHz.     

高低温环境对三轴高 g 值加速度传感器灵敏度变化影响研究

针对高低温环境对高 g 值加速度传感器灵敏度影响机理不清的问题,通过建立两端固支的敏感单元数学模型,得到了传感器灵敏度与敏感单元纵向应力、横向应力的关系。 通过热-力耦合仿真分析得到了传感器灵敏度与温度间的关系,在-40℃ ~ 50℃范围内,传感器灵敏度随温度的增加而减小,且在-40℃ ~ 20℃ 范围内灵敏度变化较快,在 20℃ ~ 50℃ 范围内灵敏度变化较慢。 通过传感器高低温试验得到高低温环境下传感器灵敏度数据,-40℃条件下灵敏度大小为 0. 523 μV/ g;50℃ 条件下灵敏度大小为 0. 516 μV/ g。 与仿真结果进行对比,验证了温度变化对传感器灵敏度的影响规律,为提升高 g 值加速度传感器在高低温环境下测量精度具有理论参考意义。     

一种压阻传感器温度误差校正方法

对影响压阻式传感器性能的诸多因素进行了分析,对于压阻式加速度传感器的结构特性、工作原理进行了介绍。压阻式传感器是一种专用传感器信号处理器,它可以补偿温度误差和非线性误差,使传感器的精度达到0.5‰以内。阐述了压阻式传感器自补偿的原理,并通过公式逐步描述了其补偿的步骤和作用。通过实验结果可以看出,该传感器的非线性误差很小,性能优越,灵敏度较高。     

利用有限元法的陶瓷压阻式传感器仿真分析与优化

阐述了陶瓷压阻式传感器的结构组成和工作原理.利用有限元ANSYS11.0软件对该陶瓷压阻式传感器进行仿真分析,分析结果表明,该陶瓷压阻式传感器线性度较低,灵敏度较差;随后对厚膜电阻布片位置和弹性膜片的径厚比进行优化,通过计算得出优化后陶瓷压阻式传感器的线性度提高0.23％,灵敏度提高20.5mV/MPa.这些分析为此类传感器的设计提供了理论依据.     

一种压阻式微压力传感器

微压力传感器是微机电领域最早开始研究并且实用化的微器件之一，它结构简单、用途广。基于压阻效应、惠斯顿电桥等相关知识设计了一种压阻式微压力传感器。为增大灵敏度，设计了一种折弯形的压敏电阻。基于一些相关的微加工工艺制定了制作这种微传感器的工艺流程并且制作成功了传感芯片。设计了一个处理电路去获得此传感器的输出信号，它由两级放大电路和两级巴特沃斯低通滤波电路组成。最后利用这个测试系统检测出了随压力变化而发生变化的微电压信号。     

105g压阻效应阵列式加速度微传感器硅悬臂梁结构分析

在已有10^5g压阻效应阵列式加速度微传感器版图设计的基础上,应用有限元理论及相关软件,对版图中的硅微悬臂梁进行了模态分析和结构动态计算。将宏观理论应用到微观结构分析中;并对该种结构的加速度传感器的样品进行了冲击实验,得到实验曲线。对计算分析与实验结果进行了比较,指出并分析了误差可能出现的方面。     

高量程压阻加速度传感器横向响应的测试及分析

文中提出了一种高量程压阻加速度传感器的灵敏度和横向灵敏度参数在动态冲击环境下的简易测试方法.采用金属杆自由落体的比较法,即将待测试的加速度传感器和已标定过的加速度传感器以背靠背的形式固定在金属杆的尾端,金属杆从一定高度自由落下与放置在地面上的金属砧发生相互碰撞,利用双通道放大器和计算机数据采集系统同时记录两路信号.实验中分别对6 000 g和60 000 g的压阻加速度传感器进行了研究,该方法具有较好的重复性和可靠性,并分析了测试偏差来源对横向响应的影响.     

曲面过载保护的新型高g值冲击硅微机械加速度传感器的设计

给出一种测量高g值冲击加速度的硅微机械加速度传感器的结构和动力学模型，此传感器为整体式悬臂梁结构，采用硅微机械加工技术制作，便于封装和大批量低成本制造，其敏感方向在硅片平面内，两个压敏电阻分布在悬臂梁的顶端，两个完全相同的悬壁梁沿相反方向分布，四个压敏电阻构成惠斯通全桥连接，悬臂梁的过载保护采用上下两个曲面，一方面有效地提高悬壁梁的过载保护能力，另一方面调节加速度传感器的压膜阻尼，使之接近临界阻尼，有效抑制自由振动模态，提高测量精度。     

微压阻式传感器有限元模拟及线性度优化设计

薄膜结构微压阻式传感器在提高灵敏度过程中容易引入非线性误差,导致传感器输出性能变差。通过分析微压阻式传感器核心敏感元件结构,利用Ansys软件建立硅杯薄膜有限元分析模型,并通过弹性力学方法对有限元模拟的精确度进行验证。针对薄膜结构传感器非线性误差随灵敏度提升而急剧增加的问题,为了提高传感器的线性性能,通过在敏感薄膜下方集成双岛结构,并分析优化岛长和岛宽等结构参数,得到了一种输出线性度优良的双岛结构传感器模型。模型输出结果表明:双岛结构挠度线性度为0.8%,相比薄膜结构8.6%有了较大的改善,电压输出线性度为0.9%,能满足使用要求,且实现了高灵敏度下线性输出优良的传感器模型设计。     

加速度传感器壳体结构的动力学特性分析

针对壳体结构的动力学特性限制加速度传感器动态工作性能的问题,对一种大gn值、高频响加速度传感器的壳体结构进行了动力学特性分析。在振动理论基础上,应用有限元分析软件ANSYS对壳体进行了动力学仿真分析,并利用振动台试验装置进行验证,结果表明壳体的固有频率低于传感器的上限工作频率。据此对壳体结构进行改进,使其动力学特性得到明显改善,提高了加速度传感器的动态特性。     

微型高过载加速度传感器的加工与测试

针对特殊场合的测试要求,设计了四端全固支的高过载梁岛结构加速度传感器,结构中采用在质量块背部氢氧化钾腐蚀的方法,减小质量块的质量,及其与梁中性面的相对距离,使梁岛式结构与平膜式结构的优点得到有效结合,结构加工工艺简单可行。利用霍普金森冲击校准装置进行冲击加速度动态特性校准,试验结果分析表明,被测微加速度传感器的灵敏度为0.71 µV/g,与理论值基本吻合。结构受到200 000g冲击后完好且输出信号正常,能有效地满足高冲击、强烈振动场合的特殊测试要求。     

燃油蒸汽压力传感器的封装研究北大核心CSCD

为了实现面向汽车燃油蒸汽压力检测的压阻式微压传感器封装,应对其油污、振动的使用环境,减小封装结构应力对压敏芯片的影响,采用芯片背面承压,与电路集成在一块陶瓷基板上,再同塑料外壳组装成完整传感器的封装方式。通过仿真软件辅助设计,研究了贴片胶、外壳以及基板对压敏芯片的影响,确定了最优封装结构和参数,封装样品经过测试全温区最大误差约为1.2%FS,满足使用需求,通过这种封装方式降低了传感器的尺寸和成本。