特种微机电系统压力传感器

通过对微机电系统(Micro-electro-mechanical systems,MEMS)压力传感器设计方法与封装制作工艺问题的研究,针对不同应用环境下对压力传感器的性能、尺寸及封装要求,提出相应的传感器力学结构模型——微压结构、梁膜结构及倒杯结构,通过相应的FEM有限元建模方法对传感器结构进行仿真分析并优化结构尺寸,建立合理的力学结构;进行MEMS工艺设计及封装工艺满足传感器微小尺寸、耐高温冲击响应及高过载能力等要求。其中,针对微压传感器在测量过程中高灵敏度与非线性矛盾问题进行力学分析及仿真,分析不同结构的传感器的力学特性及结构尺寸对传感器输出特性的影响,提出新型梁膜结构微压传感器结构,对新型结构传感器进行MEMS工艺研究;根据空气动力学试验、航空测试及火药爆破试验等对高温压力传感器的动态特性要求,采用倒杯式高频响压力传感器及齐平膜封装方式,提高传感器的动态响应特性,满足10 kHz到1 MHz的频响要求;通过有限元分析耐高温冲击封装结构,采用梁膜封装结构提高了耐高温压力传感器的可靠性。通过压力传感器仿真验证、静态特性试验及动态冲击响应试验验证传感器力学结构建模方法、MEMS工艺设计及封装设计的正确性。     

微谐振式压力传感器的系统级建模与仿真

具有微型化、多域耦合等特点的MEMS传感器对设计具有高精度、高效率、迭代设计、结构与电路联合设计等要求。基于组件库或集总参数的MEMS系统级设计方法虽然满足了这些要求,但在面向特定器件的定制化设计方面却略显不足。以一MEMS谐振式压力传感器为例,提出了一种全参数化系统级建模与仿真方法。在建立的详细数学模型基础上,通过硬件描述语言对传感器谐振子按照详细拓扑结构进行了建模与仿真。仿真结果和实验结果的对比显示这是一种满足MEMS设计要求的建模与仿真方法。     

微机电系统在计量领域中的应用

MEMS技术的出现使得开发小型化、低成本、高安全性和高可靠性的计量仪器成为可能。微型机械电子系统（MEMS,Microelectromechanical systems）是一种机械结构和电子设备在微米量级的集成化系统,体积小、重量轻,适合大批量生产,并能够实现机、电、热、光等多物理场器件组合等优点,非常适合计量系统的大批量生产和应用,将给计量技术的发展带来巨大的变革。通过微机电系统在计量领域中的应用,证明了MEMS已经拓展成为一种＂使能技术（Enabling technology）＂,这种技术可以将多种机、电、热、光等器件集成于一体,不但能感知和处理信息,还能通过机械机构的动作对系统进行控制,并且使系统结构体积缩小,重量降低,测量功能扩展,使计量技术产生了一个质的飞跃。     

微机电系统的研究与展望

微机电系统(MEMS)是利用集成电路制造技术和微架构技术把微结构、微传感器、微执行器、控制处理电路甚至接口、通信和电源等制造在一块或多块芯片上的微型集成系统.MEMS技术是多种学科交叉融合具有战略意义的前沿技术.文中介绍了MEMS的范畴、分类、特点,综述了MEMS的发展历程和各国MEMS技术研发动态及产业现状,分析了M...     

用于蒙皮外表面空气流测量的MEMS微型压力传感器

为实现飞行器蒙皮外表面空气流的分布式压力检测,设计了基于微机电系统(MEMS)技术的光学压力微型传感器。传感器敏感元件主体结构采用单晶硅的法布里帕罗标准具,并通过光纤与发光二极管和光电探测器等光学元件相连。确定了MEMS微型传感器的关键结构与尺寸,并对压力敏感膜片的变形及反射率等进行了理论计算和行为仿真,结果表明达到预期的设计目标。该传感器具有精度高、抗电磁干扰、尺寸小、耗能低等优点。     

Si微压力传感器

在工业应用中,要求具有小型和稳定的压力传感器。我们利用普通的平面集成电路技术开发了一个新的传感器。为了避免长漂,依赖于压力灵敏度的温度补偿是由enbedded稳压电源而不是由传统的电阻网络。输入压力范围是0—0.1MPa。灵敏度变化为200ppm/℃或更好,非线性误差(包括滞后)为满刻度的0.05％。传感器可以安装在印刷电路板上。     

生物微机电系统与生物芯片技术进展

评述生物微机电系统和生物芯片的最新进展；能够在液体中操纵单个细胞的微型机器人和生物分子电机驱动的内米器件代表了当前生物微机电系统的最新成就。使用纳粒子探头的扫描DNA检测技术和把生物分子亲和识别信息转换为纳米机械变形的检测技术是2种全新的生物芯片检测技术；蛋白质芯片在后基因组时期将发挥重要作用；带有扩散阱阵列的纳米流体分离器件、集成纳升DNA顺和细胞电穿孔芯片则分别反映了生物芯片在分离新模式、微分析系统集成和细胞控制方面的研究现状。单元尺寸趋向纳米量级及系统集成度不断提高是总的发展趋势。     

微机电系统科学与技术的现状研究

概述性地介绍了微机电系统(MicroElectroMechanicalSystem——MEMS)的定义及其特点。从理论基础、技术基础和应用研究三方面阐述了MEMS的主要研究内容。简要介绍了MEMS的基本加工技术，实际应用情况以及国内外MEMS的研究发展现状。     

微机电系统在计量领域的应用

介绍了MEMS技术及其发展现状,介绍了MEMS技术在计量仪器中的应用及发展前景。     

基于菱形搜索块匹配技术的微机电系统微运动测量研究

首先,分析了块匹配运动模型和测量原理,采用最小总绝对差值设置块匹配准则,确立了菱形搜索算法的块匹配搜索路径。该算法通过大小模板块匹配进行粗定位和精定位,求解微运动最佳运动矢量。然后,设计了基于计算机微视觉的微机电系统图像获取方案,并以微机电系统谐振器为研究对象,获取24幅不同相位图像,用所提出的微运动测量方法进行分析和验证,结果表明：基于最小总绝对差值和菱形搜索算法的块匹配技术能较好地估计和测量微机电系统器件的微运动矢量。     

Design and Fabrication of MEMS Gyroscopes on the Silicon-on-insulator Substrate with Decoupled Oscillation Modes

The mode coupling is a major factor to affect the precision of the micro electromechanical systems(MEMS) gyroscope. Currently, many MEMS gyroscopes with separate oscillation modes for drive and detection have been developed to decrease the mode coupling, but the gyroscope accuracy can not satisfy the high-precision demand well. Therefore, high performance decoupled MEMS gyroscopes is still a hot topic at present. An innovative design scheme for a MEMS gyroscope is designed, and in this design, the inertial mass is divided into three parts including the inner mass, the outer mass and the main frame mass. The masses are supported and separated by a set of mutually orthogonal beams to decouple their movements. Moreover, the design is modelled by multi-port-element network(MuPEN) method and the simulation results show that the mode coupling of the gyroscope between driving and sensing mode was eliminated effectively. Furthermore, we proposed a new silicon-on-insulator(SOI) process to fabricate the gyroscope. The scale factor of the fabricated gyroscope is 8.9 mV/((o)?s) and the quality factor(Q-factor) is as high as 600 at atmosphere pressure, and then, the resonant frequency, scale factor and bias drift has been test. Process and test results show that the proposed MEMS gyroscope are effective for decrease mode coupling, furthermore, it can achieve a high performance at atmosphere pressure. Furthermore, the MEMS gyroscope can achieve a high performance at atmosphere pressure. The research can be taken as good advice for the design and fabrication of MEMS gyroscope, meanwhile, it also provides technical support for speeding up of MEMS gyroscope industrialization.     

新型磁性液体微压差传感器的设计及耐压分析

传感器是磁性液体的重要应用领域之一。为弥补现有磁性液体微压差传感器的不足,设计了一种新型的磁性液体微压差传感器,该传感器的复合磁芯由磁导率高的1Cr13和永久磁铁构成,磁性液体被吸附在永久磁铁的端部形成环状起到润滑和密封的作用,敏感元件采用1Cr13,转换元件采用对称线圈。当磁芯进入线圈后,使得线圈电感发生变化,电桥电路输出明显的电压信号。在此基础上,提出了回复力的线性程度和磁性液体环的耐压能力决定了磁性液体微压差传感器的量程范围,并通过理论推导、仿真分析和实验研究的手段证明了磁性液体环的密封耐压能力能够满足磁性液体微压差传感器的测量要求。该传感器体积小、成本低、便于安装,具有很强的实用价值。     

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。     

基于MDO的MEMS多物理域耦合设计建模

微机电系（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）涉及多个物理域，多物理域的耦合加大了设计建模的难度。多学科设计优化方法（Multidisciplinary Design Optimization，MDO）是专门针对复杂系统的综合设计优化方法，在处理系统间的相互耦合问题上有着技术和方法上的优势。提出将多学科设计优化方法应用于MEMS的多物理域耦合设计，并对相应的多物理域耦合建模方法作出了分析研究。     

The electrostatic-alloy bonding technique used in MEMS

Electrostatic-alloy bonding of silicon wafer with glass deposited by Au to form Si/Au-glass water, and bonding of Si/Au-glass with silicon wafer were researched during fabrication of pressure sensors. The silicon wafer and glass wafer with an Au film resistor were bonded by electrostatic bonding, and then Si-Au alloy bonding was formed by annealing at 400°C for 2 h. The air sealability of the cavity after bonding was finally tested using the N₂ filling method. The results indicate that large bond strength was obtained at the bonding interface. This process was used in fabricating a pressure sensor with a sandwich structure. The results indicate that the sensor presented better performances and that the bonding techniques can be used in MEMS packaging. __________ Translated from Journal of Harbin Institute of Technology, 2005, 37(1) (in Chinese)     

几种分立式微变形镜的性能模拟与比较

采用形状函数法描述变形镜校正时的曲面,从适配误差、Streh l比两方面比较了四种不同单元排列方式的微变形镜。结果表明方形与砖形排列的微变形镜设计简单,但波前校正性能较差;圆形及蜂窝形微变形镜具有较高的波前校正性能,但设计加工复杂。     

基于MEMS的OXC结构设计及其性能分析

为提高光网络交叉连接能力以及节点交换速度,在详细阐述OXC基本结构和工作原理的基础上,以MEMS为空间交换单元,采用阵列波导光栅(AWG)、波长变换器和可调谐滤波器等关键组件,实现了新型OXC结构的设计,并进一步分析各模块的功能及其优缺点。理论分析表明该OXC插入损耗小,交换容量大并支持节点升级,同时具备全光交叉连接和网络智能的优势,是实现全光通信的核心部件。     

基于MAX1452的MEMS压力传感器校准系统的设计

为解决飞行器气动参数测试系统中压力测量时的温度漂移问题,设计了一种基于MAX1452的MEMS压力传感器校准系统.介绍了系统结构、功能、数据传输及软件实现.利用Visual C + +6.0对上位机软件进行编程,实现了对核心补偿器件MAX1452的可视化操作与控制.通过最小二乘法进行曲线拟合,得到零点及灵敏度温度漂移补偿数据.运行结果表明:系统工作可靠,压力参数测量精度优于0.5%FS.     

三轴数字MEMS加速度计现场标定方法

微机电系统(micro electro mechanical systems,简称MEMS)加速度传感器作为低成本惯性测量单元在物体姿态监测中有着广泛应用。根据三轴数字加速度传感器的输出数学模型,详细推导了如何计算数学模型中标度因数、安装误差系数以及零偏值。提出一种基于长方体的六位置简单标定方法,对比三轴转台精确标定结果表明六位置简单标定法简单易行,精度较高,易于单片机实现,适合不具备三轴转台的场所,且该方法对MEMS三轴数字加速度计的校准具有很好的通用性。