谐振式压力传感器驱动仿真研究

谐振式传感器由于其重量轻、精度高、响应快在压力测量领域获得了飞速发展,传感器的构成包括机械谐振子在内的机电一体的谐振系统,而驱动系统对保持机械谐振器振荡的稳定性和可靠性起着重要作用.本文针对一种典型结构的谐振式压力传感器,分析比较了不同的闭环驱动结构,最后构建了其行为级闭环自激仿真模型,在MATLAB中对自激回路的起振情况进行了仿真;验证了AGC对压力传感器幅度与频率的双重跟踪性.     

静电驱动MEMS谐振式压力传感器闭环拓扑研究

谐振式压力传感器闭环拓扑结构对保持机械谐振器振荡的稳定性和可靠性起着重要作用.针对一种典型结构的静电驱动电容检测MEMS谐振式压力传感器,在分析工作原理的基础上,构建了其混合信号模型.基于该模型搭建了自激振荡、自动增益控制、锁相环和带AGC的自激振荡四种闭环拓扑结构.在混合信号仿真平台下,对四种拓扑结构在起振状况、自动...     

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%.     

微机械振动电场传感器闭环自激驱动建模及系统仿真

本文针对微机械振动电场传感器灵敏度受驱动控制电路参数和谐振频率漂移影响问题,利用平均周期法对不同闭环自激驱动下微机械电场传感器的灵敏度进行了建模分析,理论和仿真分析表明：加入满足约束条件的PI控制器,灵敏度变化与屏蔽层固有谐振频率漂移和品质因数变化无关;加入满足约束条件的PI控制器比没有PI控制器的灵敏度大;PI控制器的参数不满足约束关系,输出电压不稳定,输出失真。     

一种高精度密度传感器的研究

圆短筒谐振式密度传感器的主要优点是适合于在线连续测量,测量精度高,易实现数字化传输,抗干扰能力强,稳定性和可靠性好.圆短筒谐振式密度传感器以圆筒谐振子为核心,基于正反馈原理,由激振元件、拾振元件、谐振子和放大电路组成高品质的闭环谐振系统.我们采用有限元法分析方法,研究计算了圆筒谐振子静力学特性和模态响应等动力学特性.设计了圆筒谐振子闭环振荡电路,单片机信号处理系统.对密度传感器进行标定和温度补偿.分析了影响测量结果的各个因素,给出了20℃时传感器测量结果的不确定度.通过实验可靠性高又实用的圆筒谐振燃油密度传感器测量精度达到0.4 kg/m.     

高Q值音叉式微陀螺静电自激驱动研究

为了提高检测精度,对研制的具有滑膜阻尼的音叉式微机械陀螺采用静电自激驱动方式,它能够使驱动振动自动稳定在驱动模态的固有频率上,并保持恒定的驱动振动速度幅度。分析了静电自激驱动电路工作原理,采用自动增益控制(AGC)设计制作了相应的检测电路,实现了Q值为325、谐振频率为2.04 kHz微陀螺的闭环恒幅自激振动。     

应用于硅微机械谐振式传感器的频率计

针对硅微谐振式传感器频率测量中精度低的弊端,依据周期测频法原理,设计了一种基于FPGA的测频周期自调整频率计。首先在一个待测信号周期内,对标准信号的上升沿进行计数,粗略计算出待测信号频率和周期。据此对标准信号的上升沿重新计数,从而精确测量出待测信号的频率。测量后的频率信号经过RS-232串行通信接口送入PC上位机,可以实现频率数值的实时显示和储存。测试表明：采用该频率计测量1 Hz~2 MHz方波信号的相对误差可以达到10-7量级。利用该频率计测量谐振式传感器闭环自激测量电路输出的谐振频率信号,频率信号稳定在1 Hz以内。     

热激励谐振式硅微结构压力传感器

对一种以方形硅膜片作为一次敏感元件;硅梁作为二次敏感元件的硅谐振式压力微传感器进行了研究:建立了微传感器敏感结构的数学模型;敏感结构参数:方形膜边长4 mm,膜厚0.1 mm,梁谐振子长1.3 mm,宽0.08 mm,厚0.007 mm;对原理实验样件采用电热激励、压阻拾振方式作了开环测试,讨论了传感器的闭环系统.     

热激励谐振式硅微结构压力传感器闭环系统

讨论了一 执 式硅微结构压力传感器闭环系统。该谐振式硅微结构压力传感器以方形硅膜片作为一次敏感元件;硅梁作为二次敏感元件。在硅梁谐振子的中部设置一电阻,作为热激励单元;在梁的要部设置一压敏电阻,作为拾振单元。基于该夺式硅微结构压力传感器敏感机理,分析了信号的相互转换,给出传感器闭环系统实现的条件。     

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.     

MEMS氮化钛谐振式压力传感器研究

提出了一种基于TiN双谐振梁结构的MEMS谐振式压力传感器,利用TiN谐振梁的谐振频率与被测压力的关系进行压力测量。针对传感器的敏感结构建立了数学模型,通过理论分析和ANSYS有限元软件的模拟,得出了谐振梁长度的变化范围和谐振梁的结构参数,并确定了TiN谐振梁在矩形压力膜上方的最佳位置。这对传感器的结构设计具有重要的指导意义。     

微悬臂梁谐振式气体传感器研究进展

微机械谐振式传感器已经成为微型机电系统(MEMS)领域的研究热点。讨论了微悬臂梁谐振式气体传感器的工作原理,介绍微悬臂梁表面修饰的关键技术、主要方法和基于微悬臂梁的谐振式气体传感器领域的研究状况以及近五年以来该领域的研究进展,并对基于微悬臂梁的谐振式气体传感器的发展方向和应用前景做了展望。     

双层结构的无线无源柔性压力传感器设计

本文设计了一种双层结构的基于平面螺旋电感与叉指电容并联结构的LC谐振式无线无源柔性压力传感器。该传感器利用平面LC谐振回路的谐振频率随着外界应力的变化而改变的特性,采用电磁耦合的方式来实现对外部压力的无线测量。通过高频电磁仿真软件HFSS的建模与仿真,表明:该双层结构的传感器具有良好的压力测量特性,其有效测量距离达到了35mm,高于单层结构的测量距离(25mm),且可恢复性和重复性能良好,在电子皮肤和智能穿戴领域有着广阔的应用前景。     

硅微振动陀螺仪驱动器自激驱动研究

为了提高硅微机械陀螺仪的检测精度,稳定驱动振动速度的幅度和频率,采用了硅微机械陀螺仪自激驱动方式.该方式能够使驱动振动自动稳定在陀螺仪驱动模态的谐振频率上.同时,采用自动增益控制(AGC)保持恒定的驱动振动幅度.根据自激驱动电路原理和现有的陀螺样品,建立了陀螺仪驱动动力学方程的等效电路模型.设计、制作了自激驱动电路,仿真和实验结果表明该方法切实可行.     

硅谐振式压力微传感器模型与开环特性测试

基于谐振式硅微结构压力传感器幅、相频率特性的分析,利用北京航空航天大学微传感器实验室研制的谐振式硅微结构传感器开环测试系统的测试实验结果和Matlab实验数据处理与拟和分析计算,建立了微传感器的二阶模型.该模型排除了未知相位延迟的影响,从幅值和相位混合的测试数据中精确计算出谐振频率、品质因数以及相位特性,为闭环测试系统的研制提供了依据.     

一种新型微机械谐振式压力传感器研究

提出了一种微机械谐振式压力传感器的新结构.该传感器采用了电磁激励和差分检测方式.谐振器的制作采用了30μm厚扩散硅的(100)硅片.从而实现了谐振器与压力膜的一体化,避免了谐振梁与压力膜键合引入的应力,并且工艺简单易于实现.文中介绍了结构的有限元仿真(FEA-ANSYS Simulation)优化,工艺制作流程,及实验测试.在低真空下测试其品质因数(Q)高于10 000,测量范围为0～100 kPa,非线性度为0.62%,分辨率为1/10 000,灵敏度为200 Hz/kPa.     

硅微微压传感器研究进展

硅微压力传感器的主要研究方向之一是硅微微压传感器。分析了已经商业化的压阻式、电容式、谐振式三类典型的硅微压力传感器各自优缺点,回顾了它们的微压化进展,并在此基础上确定了硅微超微压传感器(0~100 Pa)的电容式结构形式。针对其研究过程中存在的主要难点,提出了双差动结构模型,即机械与电路部分均采用差动结构,对其研究前景做了展望。     

基于自激移相调制的LLC变换器特性分析

;首先,研究了基于自激移相调制的全桥LLC谐振变换器的工作原理,采用基波分析法对该变换器进行了建模分析,推导出变换器的增益表达式;其次,分析了基于自激移相调制的全桥LLC谐振变换器的稳定性,确定了变换器稳定工作的条件;最后,通过仿真验证了基于自激移相调制的全桥LLC谐振变换器的优良性能。     

（中国微米纳米技术学会文章）一种硅微机械结构振动幅度的电学测量方法及实验研究

本文针对硅微机械结构振动幅度由于封装难以计算机视觉测量及电学测量中的精度受接口电路参数影响的问题,在对静电梳齿驱动、平板电容检测的硅微谐振结构进行建模分析后,提出基于单边带电压比的电学测量振动幅度的方法并分析了测量方法的原理。实验表明研制的某硅微机械谐振加速度计在受迫振动下的振动幅度为0.25um,频谱分析还表明存在上电噪声引起的振动幅度,该测试方法还能应用于硅微谐振结构的谐振频率测量,同时为高品质因数的硅微机械谐振结构的可静电自激驱动提供了依据。     

基于SOI-MEMS工艺的谐振式压力传感器研究

提出了一种电磁激励、差分检测的谐振式MEMS压力传感器,该器件采用低电阻率的SOI器件层单晶硅制作“H”型谐振梁,并作为激励和检测电极。根据对传感器数学模型的分析,利用有限元分析方法优化了传感器结构设计。采用等离子深刻蚀制作传感器结构,并用湿法腐蚀SOI二氧化硅层的方法释放。利用硅-玻璃阳极键合技术,实现了传感器的圆片级真空封装。采用开环扫描检测和闭环自激振荡方式,测定压力传感器的特性。实验结果表明：传感器一致性良好,在500~1100hPa的检测范围内,差分检测灵敏度为14.96Hz/hPa,线性相关系数为0.999996。