高gn值微加速度计的设计

设计了一种新型四梁压阻式MEMS高gn(gn=9.8m/s2)值加速度计,其量程为0~150 000gn,抗冲击200 000gn,横向灵敏度小于6%。根据设计指标及强度条件对结构参数进行了优化设计,并进行应力分析、抗冲击分析、横向效应分析以及灵敏度分析。同时,利用有限元分析软件,对模型进行了静态应力分析和模态分析,给出了具体的分析结果,并与理论值加以比较,从而使该高gn值加速度计的结构分析和设计更加合理。     

高g值压阻加速度计动态特性与阻尼的关系研究

为了避免高g值压阻加速度计在工作过程中出现结构易损坏、响应信号精准度低的问题,需要在设计过程中合理调整阻尼参数。基于高g值传感器固有频率高、上升时间短两个特性,通过建模仿真从时域和频域两方面分析了阻尼对传感器动态响应特性的影响。得出阻尼比范围在0.10～0.25时高g值压阻加速度计动态特性较好,并通过实验验证了仿真分析的正确性,为设计过程中阻尼参数的调整提供了重要依据。     

基于SOI技术梁膜结合高过载压阻式加速度计研究

采用微型机械电子系统技术和集成电路工艺制作出了SOI技术高灵敏度的硅微固态压阻平膜芯片;通过动力学分析和有限元模拟,研制出了具有高过载保护功能的加速度传感器结构;通过玻璃粉烧结工艺将其键合在弹性梁的应力集中处,研制出量程为±2000 g、过载能力为30倍满量程的高过载梁膜结合压阻式加速度计.加速度计具有较高的测量灵敏度和精度,满量程输出为126.97 mV/2V,静态精度为0.86%FS.     

基于介观压阻效应的高g值加速度计设计

依据介观压阻效应原理,设计出一种以超晶格量子阱薄膜为敏感单元的高g值纳机电加速度计,期望利用超晶格量子阱薄膜的高灵敏特性,提高加速度计的灵敏度。结合GaAs基表面微机械加工工艺和控制孔技术完成了加速度计的加工。采用马歇特冲击的方法完成了加速度计的测试,并利用冲击响应谱分析了微加速度计在有外部冲击情况下的响应,研究结果表明:依据介观压阻效应原理和MEMS技术制作高g值纳机电加速度计具有可行性,从测试结果可以看出该微加速度计不但冲击响应信号与标准加速度计所测信号很接近,而且它们的响应一致性较好。     

压阻式加速度计的阻尼分析

从声学的角度对压阻式加速度计的阻尼给予理论上的分析,从辐射阻及声吸收两个方面阐述了阻尼的物理过程,从而确定影响阻尼的物理因素,为加速度计的阻尼调整提供理论依据。     

压阻式微加速度计的结构优化设计

在过去对技术系统的设计优化通常是根据设计者自己的经验，通过改变一个系统参数来分析系统性能。但随着系统参数的日益增加，这种类型的优化变得越来越困难。鉴于此，本文介绍了利用ANSYS软件对压阻式微加速度计进行结构优化的设计的方法，通过对压阻式微加速度计原结构和优化后的结构进行分析比较，加速度计的结构灵敏度提高了一个数量级，输出灵敏度提高了4倍以上。本文也对微加速度传感器的工作原理和有限元优化的相关概念作了简单的介绍。     

压阻式硅微加速度计的研制

介绍压阻式硅微加速度计的结构设计。采用等离子体刻蚀技术制作成硅微加速度计。该技术具有腐蚀深宽比高、掩模选择性好的特点,适用于微机械器件的制作。通过测试,加速度计的非线性达到0.2%。讨论了影响加速度计灵敏度的结构因素和工艺因素。     

高g微加速度计的研究

针对侵彻过程中传感器过载失效的问题,提出了-种四边四梁结构的高g压阻加速度传感器.该结构采用硅玻键合技术控制质量块下底面到玻璃底盖的间距为5 μm,为系统提供空气阻尼使其处于最佳阻尼状态,同时玻璃底盖起到了过载保护作用,仿真分析表明该结构可承受200 000 g.的加速度载荷.最后对加工出的加速度计进行初步的测试,其灵敏度为4.5μV/g,线性度为3.1%.     

压阻式微加速度计灵敏度的温度特性研究

以压阻式微加速度计为研究对象,定量研究了环境温度对其灵敏度的影响。理论研究结果表明,压阻式微加速度计灵敏度的相对误差随着温度偏差绝对值的增大而增大;其中灵敏度误差在温度偏差为 20℃时达到-4.943%,在温度偏差为-20℃时达到4.982%。设计了压阻式微加速度计压敏电阻的温度特性测试系统,测试结果表明,在温度偏差为 20℃时,灵敏度误差为-4.303%,温度偏差为-20℃时,实验值为4.251%。理论计算值与实验测试值相吻合。     

一种新结构硅微机械压阻加速度计

设计、制造并测试了一种新结构硅微机械压阻加速度计.器件结构是悬臂梁-质量块结构的一种变形.比较硬的主悬臂梁提供了一定的机械强度,并且提供了高谐振频率.微梁很细,检测时微梁沿轴向直拉直压.力敏电阻就扩散在微梁上,质量块很小的挠动就能在微梁上产生很大的应力,输出很大的信号.5 V条件下,灵敏度为14.80 mV/g,谐振频率为994 Hz,分别是传统结构压阻加速度计的2.487倍和2.485倍.加速度计用普通的N型硅片制造,为了刻蚀高深宽比的结构,使用了深反应离子刻蚀(DRIE)工艺.     

高g_n值MEMS加速度传感器封装的研究

对一种新型双悬臂梁高gn 值MEMS加速度传感器进行有限元模拟。采用双悬臂梁传感芯片的一种实际封装结构 ,进行频域分析和时域分析 ,讨论封合传感器芯片和封装基体的封合材料对其输出信号的影响。频域分析表明 ,封合材料的杨氏模量对封装后加速度传感器整体的振动模态有一定影响 ,封合胶的杨氏模量很小时 ,会致使加速度传感器的信号失真 ,模拟表明可选用杨氏模量足够高的环氧树脂类作高gn 值传感器的封合材料。时域分析静态模拟表明 ,封合材料的杨氏模量 ,对最大等效应力和沿加载垂直方向的正应力最大最小值基本无影响。时域分析动态模拟表明 ,随着封合材料杨氏模量的提高 ,动态模拟输出的悬臂梁末端节点位移的波形和其经数字滤波后输出的信号变好 ,封合材料的杨氏模量不影响输出信号的频率和均值 ,在加速度脉冲幅值输入信号变化时 ,悬臂梁末端位移平均值输出信号与输入有良好的线性关系。     

新型高灵敏抗冲击集成光学加速度计

提出一种新型基于微环谐振腔的集成光学加速度计,该加速度传感器具有较高的灵敏度(56.6 mV/gn)和良好的抗冲击性能(可达105gn)。介绍并分析了该加速度计的传感理论,建立了微环谐振腔耦合单元模型,通过Matlab软件和时域差分有限元(FDTD)法绘制了波导的模态传输曲线,优化了微环谐振腔的设计参数和微腔与波导的耦合间距,并且利用ANSYS给出了悬臂梁的承受冲击极限。最终,仿真结果与理论分析结果基本一致。该加速度计可为高灵敏抗冲击微光机电系统(MOEMS)传感器提供新思路和理论参考。     

高压动态校准的水激波管

提出了预压水激波管动态校准方法。通过施加预压给水激波管产生的脉冲信号,在水激波管所产生的频率丰富的脉冲信号基础上叠加不同的静态预压,利用准δ脉冲校准原理,对高压测试系统进行动态校准。对3种高压传感器的测试数据分别建立了数学模型,进行了频谱分析,得出了3种高压传感器的频率响应特性。     

惯导系统中石英加速度计的动态测试方法研究

针对载体运动状态下惯性导航系统(INS)定位精度受加速度计动态性能的影响,提出一种动态环境下的石英加速度计的误差分离测试方法。建立了石英加速度计动态环境下的模型,设计了转台模拟载体机动的工作环境,分析了动态测试原理,并根据测试结果对其性能进行分析。试验结果表明:提出的加速度计动态测试方法可以有效地得到石英加速度计的动态性能指标。     

Effect of piezoresistor configuration on output characteristics of piezoresistive pressure sensor: an experimental study

Piezoresistive sensing is one of the most frequently used transduction mechanism in pressure sensors. The piezoresistor placement on the diaphragm and the piezoresistor configuration play a pivotal role in determining the output characteristics of a pressure sensor. In this work, two different pressure sensors with different transverse piezoresistor configurations are studied to determine the effect of piezoresistor configuration on the sensitivity and non-linearity of the pressure sensors. A sensor structure with a square diaphragm size of 1,480 µm edge length and diaphragm thickness of 50 µm is chosen for the study. The design considerations for piezoresistor placement and the piezoresistor shapes are discussed in detail. The sensors are fabricated with bulk micromachined diaphragm and polysilicon piezoresistors. The sensor characteristics are determined for three temperatures, namely, ?5, 25 and 55 °C and for a pressure range of 0–30 Bar. The characterization results indicate that the design with two piezoresistor arms in transverse piezoresistor configuration (2 × 2 Design) has higher sensitivity than the single arm configuration (2 × 1 Design) by about 25 % at 25 °C but it also has a higher non-linearity. The study shows the importance of selecting the proper piezoresistor configuration in the design of pressure sensors.     

高动态GPS信号的捕获方法及性能

分析了基于分段匹配滤波器（PMF）-FFT实现高动态GPS信号捕获的子相关长度和FFT运算点数对捕获性能的影响,推导出多普勒频移捕获的范围和精度值,针对PMF-FFT捕获的多普勒频移分辨率低的缺点,提出了采用最小二乘法对幅频响应最大峰进行曲线拟合的方法来提高多普勒频率捕获精度的方案,最后对高动态GPS信号的捕获进行了仿真。结果表明：该方法可以很好地实现高动态GPS信号的快速精确捕获,并可以有效地缩短捕获时间和节省硬件资源。     

一种大量程加速度传感器的性能测试

设计的一种大量程加速度传感器敏感单元采用一对双端固支结构,实现硅平面内加速度的测量,通过马歇特锤冲击测试试验和Hopkinson杆激光干涉冲击测试,分别标定了传感器的灵敏度和动态响应,试验结果表明:测试传感器的灵敏度为0.126μV/gn,工作频带为21.46 kHz,工作频带的动态重复性为3.9%,能够满足实际的测试需求,为实现单芯片集成三独立质量块结构的三轴加速度传感器提供了参考依据。     

Effect of shock pulse width on the shock response of small form factor disk drives

This paper discusses the effect of varying the shock pulse width on the shock response of small form factor hard disk drives. We develop a new shock simulator for hard disk drives which simulates the structural as well as the air bearing dynamics of the disk drive simultaneously. We observe that the response of the disk to the shock pulse is of critical importance and depends strongly on the pulse width of the shock pulse. We also find that if a suspension bending frequency is close to the first umbrella frequency of the disk, there can be failure of the head–disk interface due to resonance.