基于压阻检测的双端固支硅纳米梁谐振特性研究

我们利用压阻检测法对双端固支硅纳米梁的谐振特性进行了研究.在(111)硅衬底上,用KOH选择性腐蚀制作出了厚度约为242 nm的双端固支硅纳米梁;对梁上表面采用Ar离子进行局部轰击,受轰击侧的原子结构遭到破坏,电导率显著下降,未受轰击侧原子结构则保持原掺杂结构,在梁厚度方向形成非对称掺杂,表现出压阻特性.利用该局部压阻,我们首次完成了对双端固支硅纳米梁的谐振特性的测量,其共振频率为400 kHz;同时,我们对获得的低Q值进行了初步讨论.     

一种基于谐振音叉的新型差动式硅微加速度计设计与分析

为提高谐振式加速度计灵敏度、稳定性以及减小加速度计体积,本文提出一种结构新颖的谐振式硅微加速度计。采用一级微杠杆机构对质量块惯性力进行放大,通过一对差动布置的双端固支音叉谐振器的固有频率变化检测惯性力,从而实现对加速度的测量。该加速度计可采用体硅加工工艺,给出了总体工艺流程。采用解析和有限元分析方法对加速度计敏感元件进行了分析,有限元分析结果与解析分析结果相吻合,有限元分析可得加速度计灵敏度为57.4 Hz/gn。分析结果表明该加速度计结构具有高灵敏度、高温度稳定性和小体积等优点。     

电磁激励谐振式MEMS压力传感器闭环控制研究

在谐振器动力学分析的基础上,系统地比较了谐振式压力传感器检测速度谐振频率和检测位移谐振频率的优缺点.设计出一种零相移的电磁激励谐振式MEMS压力传感器闭环控制系统,该系统利用检测速度谐振频率提高传感器的信号检测稳定性,并且控制电路无需移相环节即可保证传感器在工作频率范围内实现稳定可靠的闭环自激.实验结果表明,采用该闭环控制系统的传感器具有较高的稳定性,传感器长时漂移低于0.025%F.S.,在10 hPa～1 050 hPa范围内非线性度为0.06%.     

压阻式加速度计双端固支梁结构的设计与分析

介绍一种压阻式加速度计双端固支梁的结构,并建立其三维实体有限元模型。分析了在惯性载荷作用下的弹性梁的应力及应变,并对弹性结构进行了模态分析。讨论影响灵敏度、固有频率等主要指标的因素,用有限元方法进行分析、模拟,以达到优化设计的目的。     

微机械硅桥的热激励挠曲 及谐振频率变化的理论分析􀀁

本文分析了镀膜双层微机械硅桥的热激励挠曲及谐振频率变化,建立了相应的数学模型,并对热挠曲灵敏度进行了优化设计。同时在充分考虑金属镀膜影响的情况下,给出了谐振频率变化的计算模型,该模型通过和测试数据的对比,验证了其正确性。     

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.     

静电激励硅微机械谐振压力传感器设计

设计了一种静电激励/电容检测的硅微机械谐振压力传感器,采用改进的侧向动平衡双端固支音叉谐振器,利用基于绝缘体上硅的加工工艺制作。为了抑制压力敏感膜片受压变形时谐振器的高度变化,在谐振器固定端设计了全新的桁架结构。针对传感器检测信号微弱和同频干扰严重的特点,在芯体和接口电路设计中采取添加屏蔽电极、降低交流驱动电压幅值、差动电容检测和高频载波调制解调方案等多项措施。同时基于该接口电路设计了开环测试系统,并在常压封装条件下对传感器进行了初步性能测试。实验结果表明:其基础谐振频率为33.886 kHz,振动品质因数为1222;测量范围为表压0~280 kPa,非线性为0.018%FS,迟滞为0.176%FS,重复性为0.213%FS;在-20~60℃的温度范围内,谐振器的平均温度漂移为-0.037%/℃。     

基于电磁谐振的无线电传能系统的设计

基于电磁谐振技术,设计了一种以电磁波为载体,实现能量无线传输的系统。利用直径为30cm、间距为2mm的两个铜线圈间的耦合作用,分别使用毕奥-萨伐尔定律和法拉第电磁感应定律对发射线圈和接收线圈进行定量和实验分析。结果表明:当发射源功率仅为0.635mW时,系统的最远传输距离达到631.5cm,传输效率为20.4%。     

多晶硅双端固支梁高周循环下疲劳特性的分析

多晶硅固支梁是MEMS器件中较常见的可动部件,通过静电激励的方式对其进行疲劳振动加载;所用结构为面外运动结构,为了测试样品的加速疲劳特性,通过在固支梁面内引入缺陷的方式来增大应力水平值;器件在经历了1.72×1011次循环之后,微梁的谐振频率、振动幅度发生了较大偏移,其谐振频率的偏移量达到14.531 kHz,器件性能发生了严重的退化.研究结果表明,利用谐振频率的改变来表征材料性能的退化是一种准确、可行的方法,同时本文进一步分析指出,器件上引入凹槽缺陷的方法确实可起到加速疲劳的作用;可利用此方法制作不同应力水平幅度的结构进行振动载荷疲劳加载实验,从而得到固支梁结构疲劳加速因子.     

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.     

电容式微加工超声传感器（cMUT）的有限元仿真

介绍了电容式微加工超声传感器(cMUT)的基本结构和工作原理.同时使用有限元方法对cMUT的运行情况进行模拟.提出了两个ANSYS模型来阐述cMUT的塌陷电压与谐振频率.一个3D模型用来阐述制造过程中的残余应力对cMUT谐振频率的影响.另外一个3D模型阐述不同的运行环境对cMUT的谐振频率的影响.     

隐形牙齿矫治器的有限元分析及优化设计

为了能够更加合理有效地应用隐形牙齿矫治器,控制其产生矫治力的大小和作用 区域,防止因其变形导致矫治力作用在不需要移动的牙齿上,采用有限元法对其进行变形分析 和优化设计：提出了一种建立不等厚覆盖全牙列隐形矫治器三维有限元模型的新方法,完成边 界条件的确定,并制定了隐形矫治器优化设计的流程。以中切牙倾斜移动为例,对相应的矫治 器进行了具体分析和优化,使其达到更好的矫治效果。     

有限元网格图形处理技术及计算结果的可视化

针对有限元分析中图形处理和计算结果的可视化问题，提出三维有限元网格图形的快速形成以及高效消隐方法．基于这种思路，将所有有限元后处理图形在单元面上实现，有效地避免了烦琐的后处理图形的形成和消隐问题；并提出了形成和绘制诸如空间等值线、矢量图形、位移示意图以及塑性区分布图形等复杂的空间的后处理图形的方法；给出了程序的算法流程和应用实例。     

基于静电驱动NEMS混频器结构设计与分析

提出了一种采用新型纳米梁结构利用静电驱动实现混频的NEMS混频器的工作原理。通过在两个双端固支梁中间加一平板质量块作为静电驱动与检测输出电极,可以明显提高纳米尺度下静电驱动静电力的大小以及电容信号输出强度,减少平板电容边缘效应的影响。采用双梁结构对于中间质量块而言回复力得到了提高,有利于提高谐振频率同时有效地抑制了梁扭转模态的干扰。在详细分析双梁结构静电驱动信号选取方式以及真空下动力学模型基础上,利用Lindstedt-Poincare方法推导出系统的幅频关系式。     

埋入式压电陶瓷厚度对激励声能影响的有限元分析

将压电陶瓷埋入混凝土构成压电埋入式混凝土机敏模块,利用压电陶瓷的逆压电效应实现对混凝土结构的实时健康检测。为保证接收信号质量,采用具有压电陶瓷谐振频率的周期脉冲作为激励。而不同厚度的压电陶瓷具有不同的谐振频率,对于不同厚度的压电陶瓷,激励频率的选择对接收端的超声波信号有较大影响。通过Ansys软件仿真研究压电陶瓷谐振频率随厚度的变化规律,模拟混凝土中压电陶瓷振动辐射的超声波,分析压电陶瓷厚度对辐射超声波的影响。研究表明:压电陶瓷的振幅随厚度的增加逐渐减小;压电陶瓷的厚度小于1 mm时,最大振幅对应的谐振频率变化趋势出现多个拐点;厚度大于1 mm时,谐振频率随着厚度的增加而减小,辐射超声波中心点声压随厚度的增加而增大。     

基于Solid Works Simulation的产品设计有限元分析

本研究旨在探讨有限元分析方法以及基于SolidWorks Simulation的有限元分析方法在产品设计过程中的实际应用。首先详细分析了基于SotidWorksSimulation的有限元分析方法的具体过程,然后通过实例详细探讨了SolidWorks Simulation的基本功能及其使用方法,包括SimulationXPress应力分析、Simulation结构有限元分析以及Simulation优化分析的应用方法。实例证明,基于Solid Works Simulation的有限元分析方法应用于实践中有助于提高产品设计的质量与效率。     

新型四维腕力传感器弹性体的有限元分

应用有限元分析软件ANSYS对一种新型四维腕力传感器的弹性体进行了有限元分析。为分析该弹性体的静、动态特性，采用高精度实体单元建立了有限元模型，对其进行加载、求解以及结果后处理，获取了弹性体在单向受力时的应力、应变分布状态，并计算出了弹性体的固有频率，为该传感器的进一步优化设计与应用奠定了基础。