硅微机械谐振式压力传感器组合敏感原理

为解决硅微机械谐振式压力传感器的微弱信号检测问题，并改善其可靠性和动态响应，提出在传感器原有结构上增加辅助传感器，构成组合敏感原理。利用根据辅助传感器测量结果推算出的谐振频率近似值，可控制带通滤波器的中心频率以改善噪声抑制；可及时判断闭环系统失效；可在闭环系统失效状态下继续部分维持传感器的测量功能。辅助传感器的制造工艺与主传感器兼容，附加成本低。     

石英谐振式数字称重传感器

介绍了一种由柔性铰链构成的弹性体结构和 Ａ Ｔ 切型石英谐振器组成的石英谐振式数字称重传感器。通过仔细设计弹性体的结构形式和石英谐振器在弹性体中的位置,可以消除传感器的四角误差,使之象电阻应变式称重传感器一样经过简单的调整就可以作为电子衡器的传感器。由于 Ａ Ｔ 切型石英谐振器在加力方向角约为４０°处存在着力频转换系数温度影响为零的点,利用这一特性可以使传感器的灵敏度温度系数在没有补偿的情况下达到３×１０－ ４／° Ｃ。通过改变柔性铰链的尺寸可以设计不同量程的传感器,并给出了量程为 ２００ Ｎ 的传感器的精度指标。     

硅微机械谐振式压力传感器组合敏感原理

为解决硅微机械谐振式压力传感器的微弱信号检测问题,并改善其可靠性和动态响应,提出在传感器原有结构上增加辅助传感器,构成组合敏感原理.利用根据辅助传感器测量结果推算出的谐振频率近似值,可控制带通滤波器的中心频率以改善噪声抑制;可及时判断闭环系统失效;可在闭环系统失效状态下继续部分维持传感器的测量功能.辅助传感器的制造工艺与主传感器兼容,附加成本低.     

硅微机械谐振式压力传感器组合敏感原理

为解决硅微机械谐振式压力传感器的微弱信号检测问题,并改善其可靠性和动态响应,提出在传感器原有结构上增加辅助传感器,构成组合敏感原理。利用根据辅助传感器测量结果推算出的谐振频率近似值,可控制带通滤波器的中心频率以改善噪声抑制;可及时判断闭环系统失效;可在闭环系统失效状态下继续部分维持传感器的测量功能。辅助传感器的制造工艺与主传感器兼容,附加成本低。     

石英谐振力传感温度自测及温度补偿

石英谐振器的基频和3次泛音频率都是和温度的函数,利用二者各阶温度系数除一阶外均相同的特性,基频的3倍频与3次泛音的差频是温度的线性函数并且与力无关,因此测量差额可以实现力传感器的温度自测和温度补偿。与采用分立的温度传感器相比,该方法消除了由于温度传感器和谐振器热惯性和空间位置不同引起的测温误差,提高了动脉温度过程中的补偿精度。给出了谐振器双模式激励的电路原理图及实验结果。     

石英谐振式力传感器测试系统的设计

石英谐振式力传感器是一种输出为频率信号的数字式传感器。测试系统包括测量电路、测量控制软件和数据分析软件三部分 ,提供了一个集数据采集、检测、分析、处理为一体的测试系统。从工程实际出发 ,论述了该类传感器测试系统的开发与研究 ,并编制了相应的软件。     

电热激励微谐振器及谐振式传感器

硅微谐振式传感器具有灵敏度和分辨率高、准数字信号输出、抗干扰能力强的优点,在精确测量领域具有独特的优势。其中,电热激励/压敏电阻拾振的微谐振器与工业IC技术兼容,可将敏感元件与信号调理电路集成在一块芯片上构成功能强大的智能传感器。着重论述了电热激励/压敏电阻拾振的硅微谐振器的几种典型结构及其制造技术,并在此基础上阐述了以该谐振器为敏感元件开发的质量流量、气体、压力、温度和接近传感器等多种谐振式传感器。     

谐振式传感器振动特性测试系统

采用激光测振仪测量振动元件表面的幅值。用于检测谐振式传感器振型的测试系统，主要由计算机、激励信号源、激光测振仪、数据采集卡组成。计算机控制激励信号源产生与被测谐振式传感器一个模态所对应的固有频率相一致的激励信号，激励被测谐振式传感器，使之处于受迫振动状态，计算机通过数据采集卡控制激光测振仪对被测谐振式传感器的振动元件进行空间扫描，测出被测谐振式传感器振动元件表面各点的振动信号，通过数据采集卡将激励信号和激光测振仪测出的振动信号采集到计算机中，计算出振动信号与激励信号的幅度和相位差，解算并绘制出被测谐振式传感器该模态对应的振型。     

电化学腐蚀技术在制作硅谐振式微力传感器中的应用

一、引言 微力传感器在微量称重、液体表面张力分析以及生物体微组织力测量等领域具有广阔的应用前景。我国以前自主研制的微力传感器基本上都是采用半导体应变片和扩散硅制成的压阻式传感器,其主要缺点是漂移较大,要实现高精度测量与长期监测较为困难。而谐振式传感器由于具有频率输出、高稳定性和高分辨率等优点,被看作是力敏传感器的发展趋势之一。国外已研制出力、压力、加速度等多种谐振式固态传感器,其中荷兰Twente理工大学研制出一种硅谐振式微力传感     

基于能陷理论的石英力敏谐振器集群的设计

石英谐振器可以作为传感器的敏感元件。为了减小温度等因素的干扰,提高石英晶体谐振器力敏特性,通过能陷理论及其厚度剪切石英晶体谐振能量分布曲线的计算,在同一圆形晶片上设计了多电极力敏谐振器集群。根据共模抑制原理,将谐振器集群输出频率信号作差频处理,以此抑制温度等因素的干扰,再将差频信号叠加以提高石英晶体谐振器集群整体力敏特性。实验结果表明,石英谐振器集群差频输出的温频特性明显优于传统的单电极谐振器,石英晶体谐振器集群整体力灵敏度系数提高到9 992 Hz/N。     

多电极石英力敏谐振器的力敏特性及稳定性研究

在分析石英晶片受力作用时晶片内应力分布的基础上,设计了一种多电极新型石英力敏谐振器及信号处理电路。在室温及大气状态下对设计的力敏谐振器同时进行激励时,各对电极对应的谐振器的力-频特性线性度及频率稳定性良好。将各谐振器的频率互作差频,再作叠加处理后,输出的频率信号的力-频系数达到2 951.8Hz/N,线性相关度为0.999 7,频率稳定性可达10-10数量级。     

薄圆片石英晶体应力分布及谐振器力频实验

利用ANSYS有限元理论模型分析AT切石英晶体受沿x轴方向的对径力作用时晶片内的应力分布情况,并计算三电极位置处的应力变化比值。测试了三电极谐振器的基频振荡频率,并计算其相应的力频系数。通过比较ANSYS仿真分析的结果和实验所得结果,表明ANSYS仿真分析计算结果与实验结果基本一致,从而证明ANSYS仿真分析是可行的。因此,在同一晶体基片上设计谐振器时,可借助有限元分析手段,根据晶片内的应力分布情况,在有限空间范围内初步选择应力变化差异较大的位置设置电极,以此获得力频敏感特性显著的集成式石英晶体谐振器。     

鼓形AT-切石英谐振器的力频特性

讨论了鼓形ＡＴ－切石英谐振器的力频特性。理论基础是初始有限变形上叠加弹性增量变形,并且使用了Ｍｉｎｄｌｉｎ所提出的把应变应力展开成板厚的级数的方法。在把三维运动方程简化为二维运动方程后。推导了带有电极的ＡＴ－切石英谐振器的运动微分方程。为了得到鼓形ＡＴ－切石英谐振器的Ｒａｔａｊｓｋｉ系数,在计算石英片在初始应力作用下的应力应变分布时考虑了石英各向异性的特性。将计算结果与其他研究者的实验和理论结果进行了比较。     

石英单基多谐振器力敏特性与加力方位的关系

根据石英晶体振动理论及力敏特性，在同一圆形晶体基片上设计制作了多个石英晶体谐振器。采用对径加力的方式，研究了这种石英单基多谐振器的力敏特性与加力方位的关系，并与传统的单基单电极谐振器的力敏特性进行了比较。实验结果表明，同一晶体基片上不同位置的谐振器的力敏特性与加力方位密切相关；选择适当的加力方位，可使多电极结构的谐振器的力-频转换系数优于单电极谐振器的力-频转换系数。     

石英单基多谐振器力敏特性与加力方位的关系

根据石英晶体振动理论及力敏特性,在同一圆形晶体基片上设计制作了多个石英晶体谐振器。采用对径加力的方式,研究了这种石英单基多谐振器的力敏特性与加力方位的关系,并与传统的单基单电极谐振器的力敏特性进行了比较。实验结果表明,同一晶体基片上不同位置的谐振器的力敏特性与加力方位密切相关;选择适当的加力方位,可使多电极结构的谐振器的力-频转换系数优于单电极谐振器的力-频转换系数。     

石英力传感器的弹性机芯结构

提出了一种新型的双平行四连杆柔性铰链弹性导向结构，用作石英力传感器的力导向元件。这种采用柔性铰链连接双平行四连杆形成单方向位移的弹性导向机构，有着优良的机械性能：无机械摩擦，无间隙，运动灵敏度高，导向精度高，能自动消除偏载影响。文中对其在正常载荷及偏载下的响应进行了详细讨论，给出了导向位移及偏移误差和采用这种结构的石英力传感器的应用结果。     

石英谐振器不同谐振频率的力敏特性研究

圆形晶片厚度切变石英谐振器是常用的力敏谐振器。它有固定的设计谐波次数和谐振频率。文章介绍了以设计频率为三次谐波、５ＭＨｚ的ＡＴ－切型谐振器为力敏元件的力传感器在不同电路中分别振动在基频、３次谐波、５次谐波和７次谐波四个谐振频率，并对其力敏特性进行了实验研究。分析了用提高谐振频率的方法提高力灵敏度的可行性和局限性。根据石英谐振器振动在不同谐振频率时力灵敏度的温度特性，找到了温度变化时由力灵敏度温度系数造成的测量误差的消除方法，分析比较了这种方法和选取特定施力方位角消除上述误差的方法之间的差别和适用范围，并找到了在一定温度范围内可同时测量力（压力）和温度的石英传感器的设计原理。     

石英微机械陀螺敏感芯片的结构解耦特性研究

石英微机械陀螺敏感芯片通常采用双端音叉结构,驱动音叉和检测音叉的振动耦合误差是其主要误差源。对双端音叉结构陀螺敏感芯片进行了结构解耦设计仿真,分析了芯片安装区对检测音叉振动特性的影响。通过解耦设计,减小了零偏误差信号,提高了陀螺敏感芯片的稳定性。