新型MEMS地震检波器的研究

以MEMS加速度传感器为基础的新型地震检波器大幅度提高了地震检波器的各项性能指标.介绍了一种新型的石油勘探MEMS地震检波器的设计及其主要技术参数,并通过微传感器结构的力学性能仿真,得出其具体的结构尺寸.经采用表面工艺和体工艺相结合的方法,利用磁控溅射、光刻、化学蚀刻及等离子体蚀刻等工艺,在高阻硅上制备出检波器样品.     

基于COMSOL的电化学地震检波器频率特性数值仿真模型

提出了一种可以精确求解电化学地震检波器传递函数的数值仿真模型,并首次采用流固耦合物理场来将外界振动与内部电解质溶液的运动形态联系在一起。通过规范的实验方法,对涉及到的部分仿真参数进行实际测试,使得仿真模型与实际情况更加吻合,仿真结果中的幅频响应曲线与实测结果相关度达到了0. 97。基于该模型,讨论了电极上小孔个数对设备幅频响应曲线的影响,通过优化小孔个数,最终在未施加反馈的情况下,将工作带宽扩展至0. 14～100 Hz。     

基于MEMS的精确计步算法的设计与实现

计步已经成为各种穿戴设备的基本功能,但较难实现对任意大小步长距离的精确计算,为此,设计了一种新型的计步器系统,系统硬件上采用了MPU6050传感器模块和CC2541蓝牙模块,并将传感器平置于鞋底.软件上设计了上位机,可接收MPU6050采集的足部运动数据,并计算加速度、实现坐标系变换.提出了一种脉冲提取的算法,算法能够分辨行走状态与静止状态,并提取行走状态下的加速度值,对加速度值采用积分原理计算单步步长.经测试,算法能够将任意距离步长的测量误差控制在3.4%以内.     

基于MEMS惯性传感器的行人导航轨迹复现研究

针对目前行人导航对精度的需求,提出了基于微机电系统(MEMS)惯性传感器的行人导航系统.系统置于行人脚面,导航算法依据传统捷联惯性导航,采取基于卡尔曼滤波的补偿累积误差算法和零速检测方法,采用三条件判断法,即传感器三轴的总加速度、总加速度方差和总角速度的三条件满足判断方式,解决了行人导航步行过程中累积的误差补偿与校准.分别以圆形路线和矩形路线验证导航算法的适用性和准确性,对比分析实验结果表明:误差结果控制在5%以内,满足导航要求.     

基于多目标遗传算法的Σ-ΔMEMS加速度计优化设计

针对单目标遗传算法设计优化高阶Σ-Δ微机电系统(Σ-ΔMEMS)加速度计时易出现的稳定性问题,提出了基于多目标遗传算法的MEMS加速度计环路滤波器优化设计方法.对三阶非限定性Σ-ΔMEMS加速度计系统,采用多目标遗传算法,将∞—范数和信噪比作为设计目标对其环路滤波器参数进行优化设计.结果表明:相比只针对信噪比进行优化的传统单目标遗传算法,多目标遗传算法在确保高信噪比的同时,提高了系统的相位裕度,使得最大稳定输入信号范围增幅超过1倍,增强了系统对MEMS敏感元件工艺误差的鲁棒性.     

基于力平衡负反馈的电化学地震检波器

提出了一种基于力平衡负反馈系统的电化学微震检波器。通过力平衡负反馈系统与频率补偿电路相结合,使电化学微震检波器的工作带宽从7～20 Hz拓展至0. 1～50 Hz,灵敏度为3 227 V/m/s,为相同频率下动圈式地震检波器的161. 4倍,为资源勘探、桥梁、大坝以及其他建筑物的震动信号监测应用提供了技术基础。     

“中国微米纳米”一种低温制备的高灵敏度MEMS电容传声器

MEMS传声器是将声音信号转换成电信号的传感器.目前,MEMS传声器的研究主要涉及 MEMS电容传声器和MEMS压电传声器压阻传感器2种.与其它类型的MEMS传声器相比,MEMS电容传声器具有高灵敏度、高信噪比、频率响应平坦、低温度系数等突出的优点,被广泛使用在便携式设备、多媒体系统、助听器、信息采集等方面.设计和制备了一种高灵敏度的MEMS电容传声器,而且制备器件的工艺温度最高为300 ℃,可以兼容IC工艺.在本文,利用牺牲层的方法实现圆形振动薄膜,避免了方形薄膜存在的应力集中问题,并克服了干法制备圆形薄膜成本高的问题.基于聚酰亚胺材料,优化成膜工艺参数,实现低应力的圆形振动薄膜.通过设计防粘连结构,避免器件释放干燥过程中出现的薄膜粘连问题.根据振动膜应力为5 MPa,半径为2.5 mm,厚度为1 μm,电极半径为380 μm,间隙为1 μm的设计参数进行理论计算,该器件的电容在1 Pa 声压下的变化量为千分之一.与市场流通的MEMS传声器相比,高出约一个数量级,可被用于远场拾音,从信噪比极低的环境中拾取关键的声音信息.     

磁方位修正MEMS矢量水声传感器研制

介绍了一种磁方位补偿微机电系统(MEMS)矢量水声传感器.采用电容原理MEMS技术构造内部振子,并与信号处理电路紧靠方式设计,可减小噪声干扰并抑制信号衰减.利用磁方位修正技术,对MEMS矢量水声传感器判定的方位进行修正,解决了单个矢量水声传感器定向精度不高问题.传感器完成了国家一级计量站标定和磁方位误差修正测试,测试结果验证了定向方法的可行性,矢量水声传感器可实现水下目标探测、定位及导航等任务.     

基于UKF的MEMS传感器姿态测量系统

针对工业和民用领域对姿态测量的需求,提出了基于MEMS加速度计、陀螺仪和磁强计的姿态测量系统,并采用无先导卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)方法处理传感器数据.针对基于加速度计和磁强计的姿态测量方式在动态测量时不准确的问题和单独采用陀螺仪测量角度产生漂移的问题,设计了基于方向旋转矩阵的...     

MEMS结构中碳纳米管的电泳沉积及其场发射特性研究

利用电泳沉积的方法在MEMS结构特定位置上组装碳纳米管薄膜,以此作为发射体研制基于碳纳米管场发射的传感器,并对其场发射进行了测试和分析.电镜观测与场发射实验结果表明,利用电泳沉积方法可以只在MEMS结构的特定位置沉积碳纳米管薄膜,对于4μm的发射间隙、该薄膜的场发射开启电压约为3.6V～4V,发射电压20V时的发射电流可至28μA.这种“post-MEMS“的碳纳米管薄膜组装方法具有工艺简单的特点,同时避免了碳纳米管生长对MEMS工艺环境以及器件的污染、破坏,实现了纳米材料组装与MEMS工艺的兼容.     

基于MEMS热电堆传感器的高温测量技术

为了拓宽MEMS热电堆传感器的温度测量范围,实现高温测量,根据MEMS热电堆传感器的原理,设计完成了A2TPMB34型MEMS热电堆传感器静态与动态标定装置,通过试验得到标定结果;同时,提供了基于MEMS热电堆传感器实现瞬态高温测试的技术方案和实现手段,并对其关键部分一红外衰减片性能进行了分析和讨论。     

四电极电化学MEMS加速度传感器仿真

基于溶液相对于电极的运动会使电极附近因电势差作用而产生的离子浓度梯度发生改变,从而使电极电流发生变化等电化学原理,建立一种置于碘(I2)和碘化钾(KI)混合水溶液环境中的阳极—阴极—阴极—阳极(ACCA)四电极阵列传感单元模型。通过理论分析,该传感单元可以局部电解液为惯性质量,利用电解液中带电离子相对于电极的运动来产生并输出附加电流;进一步的建模仿真证明:在一定的加速度范围内(0a x0.149 m/s2),附加电流的大小同加速度呈正比关系,故可以将此电流放大输出,从而实现对加速度大小的表征。可利用MEMS工艺制作,并封装此传感单元成为加速度传感器。     

基于MEMS技术的气体传感器

综述了目前国内外主要MEMS气体传感器的原理,包括谐振式微悬臂梁型、声表面波型、阻抗变化型、声光法、气体光谱、催化燃烧式和高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)检测法。对各种传感器的特点进行了比较。     

地震勘探用三维MEMS加速度传感器的研究

以MEMS加速度传感器为基础的新型数字地震检波器是地震勘探所用仪器的发展方向之一。介绍了一种三维MEMS加速度检波器结构,这有别于传统三分量MEMS传感器通过用3只MEMS加速度传感器按正交直角组装。并通过PSpice软件对其进行了整体仿真,仿真结果表明其阶跃响应和正弦响应基本和理论分析的结果吻合。     

基于MEMS加速度传感器的无手鼠标

设计一种无手鼠标,使手部残疾或脊髓损伤的患者能够通过无手操作的方式使用计算机。系统以 MSP430F5529为控制芯片,控制放置在头部的 MEMS 加速度传感器测量头部倾角,并将倾角转换为光标位移量来控制光标的移动;利用声控模块和继电器模块设计声控开关,来实现鼠标按键的点击功能;利用 nRF2401无线模块实现鼠标系统与计算机的无线通信。该倾斜鼠标可以使用户通过倾斜头部来控制光标的移动,通过向吹气开关吹气实现鼠标按键的点击功能。该倾斜鼠标可以辅助手部残疾或脊髓损伤的患者通过无手操作的方式有效地控制光标移动,为其使用计算机提供了一种途径。     

A flexible encapsulated MEMS pressure sensor system for biomechanical applications

 The use of pressure sensors made of conductive polymers is common in biomechanical applications. Unfortunately, hysteresis, nonlinearity, non-repeatability and creep have a significant effect on the pressure readings when such conductive polymers are used. The objective of this paper is to explore the potential of a new flexible encapsulated micro electromechanical system (MEMS) pressure sensor system as an alternative for human interface pressure measurement. A prototype has been designed, fabricated, and characterized. Testing has shown that the proposed packaging approach shows very little degradation in the performance characteristics of the original MEMS pressure sensor. The much-needed characteristics of repeatability, linearity, low hysteresis, temperature independency are preserved. Thus the flexible encapsulated MEMS pressure sensor system is very promising and shows superiority over the commercially available conductive polymer film sensors for pressure measurement in biomechanical applications. Received: 1 December 1999/Accepted: 17 August 2000     

Graphene piezoresistive flexible MEMS force sensor for bi-axial micromanipulation applications

Microsystem Technologies - The aim of this work is to design, simulate, and analyze a bi-axial piezoresistive MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) force sensor, which has the capability of...     

基于MEMS传感器的虚拟现实参观系统

提出了一种基于MEMS传感器、LM3S1138嵌入式处理器和Vega仿真平台的虚拟现实参观系统,介绍了系统主机端和手柄模块的系统结构。通过坐标变换的方法将传感器测量值转换成手柄在球坐标系中的状态,并计算出动作指令发送给主机端以改变虚拟场景中的视角。在Vega虚拟场景中对比了理论指令边界和实测指令边界,说明该系统可以达到预期设计目标。