基于喇曼-奈斯衍射的微光机电加速度计理论分析和原理验证

本文设计并模拟了了一种新型的基于喇曼-奈斯衍射的微光机电（MOEMS）加速度计。该加速度计将通过MEMS技术制造,并具有与已见报导的MOEMS加速度计完全不同的敏感原理。本文详细讨论了该新型加速度计的基础理论与原理;建立了弯曲板波延迟线振荡器的3D有限元模型,进行了谐响应分析和瞬态分析,得到器件工作频率在40MHz左右;最后建立了该微型加速度计的宏模型,对该器件的可行性进行了论证。该新型加速度计具有灵敏度高、抗辐射等优点,具有很大的应用前景。     

基于片上工艺的MOEMS光强差分测量加速度计研究

论证了一种基于SOI片上工艺的,通过光强差分测量加速度的微光机电系统（MOEMS）加速度计。器件主要结构为较大悬浮质量块对称两端加工出两面V型反射镜。系统整个微机械结构在细直弹性梁支撑下,因受惯性力作用V型镜发生位移改变,从而将引入系统中的光信号进行差分反射。最后,通过外部光电探测器测量出各通路光纤的光强信号来测算加速度值。片上微加工所得的器件经实验测量得到了：7.77×10-2 μm的结构灵敏度,1.38 kHz谐振频率,3.73 mV/g器件灵敏度和0.987的线性度。     

MEMS隧道加速度计的系统分析与设计

主要论述了一种新型体硅工艺MEMS隧道加速度计的系统分析与设计，对加速度计敏感头与伺服反馈电路组成的系统进行系统建模，其中包含了结构的模型和反馈控制电路的模型。以系统模型作为基础，分析了器件工作所必须的条件，对器件的结构参数和反馈控制电路的参数进行了设计，并给出了系统的静态与动态输出。另外，本文提出了参数敏感度因子的概念及其计算方法，利用这种方法可以对每一个参数计算其对应的敏感因子，从而为参数容差设计提供了依据。     

基于单质量块微纳光栅泰伯效应的双轴MOEMS加速度计

对一种基于单质量块微纳光栅泰伯效应双轴微光机电系统(MOEMS)加速度计进行了设计、加工与测试。利用有限元分析和时域有限差分法分别对双轴加速度计的敏感结构和光栅参数进行仿真优化。在保证加速度计高集成度的同时,为了实现双轴加速度的高精度测量,采用不同周期的两组光栅进行双轴加速度检测,通过磁控溅射工艺将两组光栅结构沉积在质量块的不同区域,最终通过阳极键合方式实现该双轴MOEMS加速度计的制备。实验结果表明,光栅泰伯效应双轴MOEMS加速度计x轴与y轴的灵敏度分别为3.36和3.54 V/g,零偏稳定性分别为25.53和20.91μg@1 s。该研究为实现高精度多轴加速度计提供了一种新的方法。     

一种谐振式微加速度计的设计

提出一种基于谐振原理、电容检测的微型加速度计。通过外加加速度使质量块经杠杆将力放大施加到谐振器上,改变谐振梁上的轴向应力,从而改变谐振梁的振动频率。研究表明这种加速度计的测量范围达66 g。同时采用有限元法进行了仿真模拟,结果显示传感器灵敏度约18 Hz/g,工作模态固有频率为625.981 kHz。     

MEMS隧道加速度计的系统分析与设计

主要论述了一种新型体硅工艺MEMS隧道加速度计的系统分析与设计,对加速度计敏感头与伺服反馈电路组成的系统进行系统建模,其中包含了结构的模型和反馈控制电路的模型.以系统模型作为基础,分析了器件工作所必须的条件,对器件的结构参数和反馈控制电路的参数进行了设计,并给出了系统的静态与动态输出.另外,本文提出了参数敏感度因子的概念及其计算方法,利用这种方法可以对每一个参数计算其对应的敏感因子,从而为参数容差设计提供了依据.     

MEMS隧道加速度计的系统分析与设计

主要论述了一种新型体硅工艺MEMS隧道加速度计的系统分析与设计 ,对加速度计敏感头与伺服反馈电路组成的系统进行系统建模 ,其中包含了结构的模型和反馈控制电路的模型。以系统模型作为基础 ,分析了器件工作所必须的条件 ,对器件的结构参数和反馈控制电路的参数进行了设计 ,并给出了系统的静态与动态输出。另外 ,本文提出了参数敏感度因子的概念及其计算方法 ,利用这种方法可以对每一个参数计算其对应的敏感因子 ,从而为参数容差设计提供了依据     

基于DSP的加速度计温度控制系统的硬件设计

文中采用Texas Instrument(TI)公司的TMS320F240型DSP作为温度控制系统的核心,完成系统4路温度信号的采集、放大,数据送入DSP处理后输出4路PWM控制信号,经光电隔离和功率放大后控制加热片的工作,从而实现加速度计温度控制系统的闭环控制,满足系统的精度要求.     

基于声表面波的喇曼型声光移频器的研究

A Raman acousto-optic frequency shifter （AOFS） based on surface acoustic wave （SAW） is presented. It consists of a double-ended SAW resonator and optical waveguide system. The structure parameters of the SAW resonator are optimized using COM software and the optical waveguide system is designed using an effective index method. The AOFS prototype fabricated using MEMS technology is detected. The optical beat signals su- perimposed by ± 1st-order and ±2nd-order diffracted beams are detected. The frequency shift of 78.2201 MHz related to the 1 st-order diffracted beams and 156.2306 MHz related to the 2nd-order diffracted beams are obtained respectively.     

基于阳极键合干法刻蚀技术的MEMS隧道加速度计的加工及测试

提出了一种基于北京大学硅玻璃键合深刻蚀释放工艺的扩展工艺,用来加工微型隧道加速度计.采用HP4145B半导体分析仪在大气环境下对所加工的器件进行了开环测试,验证了隧道电流的存在以及隧道间隙与隧道电流之间的指数关系.实验结果外推出的隧道势垒的范围为1.182～2.177eV.大部分器件的开启电压在14～16V之间.在-1,0和+1g三种状态下对开启电压分别进行了测试,得到加速度计的灵敏度约为87mV/g.     

M-Z干涉型集成光学微加速度传感器结构设计

提出了一种新型的Si基M Z干涉型微光电机械系统(MOEMS)加速度地震检波器。在Si基上集成了Si十字梁、质量块、偏振器、M Z波导干涉仪及声光调制器。给出了该加速度检波器工作原理,对结构进行了分析设计,并用有限元(FEM)分析软件进行了仿真计算。该检波器的主要设计参数为:固有频率1353Hz,相位检测灵敏度1.2×10-4rad/(m·s2)。     

一种长波长MOEMS可调谐滤波器的结构设计和分析

提出了一种微光机电系统(MOEMS)可调谐滤波器结构,该结构采用GaAs/AlGaAs作为下分布布拉格反射镜(DBR),GaAs和SiO2/Si介质膜作为上DBR,空气作为腔.按照波分复用系统的性能要求对MOEMS可调谐滤波器各项参数,如带宽、峰值透射率、挠度和调谐速度等进行了分析和设计.研究了挠度和调谐速度与梁厚度、宽度、长度等参数的关系.结果表明挠度与长度成正方向变化,同梁厚度、宽度成反方向变化,而调谐速度与各参数的关系恰好相反.     

微光机电加速度计的研究现状及发展(英文)

对目前正成为研究热点的微光机电(MOEMS)加速度计的原理和结构特点进行分析,总结了MOEMS加速度计的分类和发展趋势。针对微-纳光栅加速度计,分析了基于干涉效应的微米光栅加速度计和基于亚波长结构有效折射率变化的纳米光栅加速度计的结构和原理,其精度可达ng,并成功应用到地震监测中。重点分析了基于聚合物的新型光波导加速度计的结构和性能。微环谐振式加速度计测量精度高,性能可"裁剪",但长期稳定性是制约其应用的主要问题。光力加速度计利用原子进行加速度测量,克服了传统悬臂梁结构长期稳定性差的缺点,具有极高的测量精度。对这几种加速度计的技术特点和主要指标进行比较,并初步探讨了用于惯性领域中的MOEMS加速度计的发展方向和应用前景。     

一种长波长MOEMS可调谐滤波器的结构设计和分析

提出了一种微光机电系统(MOEMS)可调谐滤波器结构,该结构采用GaAs/AlGaAs作为下分布布拉格反射镜(DBR),GaAs和SiO2/Si介质膜作为上DBR,空气作为腔.按照波分复用系统的性能要求对MOEMS可调谐滤波器各项参数,如带宽、峰值透射率、挠度和调谐速度等进行了分析和设计.研究了挠度和调谐速度与梁厚度、宽度、长度等参数的关系.结果表明挠度与长度成正方向变化,同梁厚度、宽度成反方向变化,而调谐速度与各参数的关系恰好相反.     

基于MOEMS技术的一种F-P光开关的设计与制作

研制了一种用于WDM光通信系统的多层介质膜Fabry-Perot腔结构式光开关,面积为1.5mm×1.5mm.光开关采用多层复合膜消除内应力,防止产生过度变形;中心的十字复合梁有利于提高机械灵敏度,降低驱动电压.体硅腐蚀出的硅杯既减小了光开关的插损,又便于端面输入输出光纤的精确对准与固定,有效降低封装成本.制成的开关转换电压为20V,关态隔离度为87%,开态插损为0.15dB.其结构和工艺简单,易于与IC工艺相结合形成规模生产,如增加膜的层数便能制成基于F-P干涉仪结构的滤波器.     

叠加电桥检测的加速度传感器的设计

This paper describes the design,simulation,processing and test result of a high sensitivity accelerometer based on the piezoresistive effect which uses an overlay bridge detection method.The structure of this accelerometer is supersymmetric "mass-beams".This accelerometer has 8 beams,where two varistors are put in the two ends.Four varistors compose a Wheatstone bridge and the output voltages of the 4 Wheatstone bridges have been superimposed as the final output voltage.The sensitivity of the accelerometer can be improved effectively by these clever methods. A simplified mathematical model has been created to analyze the mechanical properties of the sensor,then the finite element modeling and simulation have been used to verify the feasibility of the accelerometer.The results show that the sensitivity of the accelerometer is 1.1381 m V/g,which is about four times larger than that of the single bridge accelerometers and series bridge sensor.The bandwidth is 0-1000 Hz which is equal to that of the single bridge accelerometers and the series bridge sensor.The comparison reveals that the new overlay detection bridge method can improve the sensitivity of the sensor in the same bandwidth.Meanwhile,this method provides an effective method to improve the sensitivity of piezoresistive sensors.     

基于MEMS的压阻式三轴加速度计的设计与测试

随着微机电(MEMS)产业的兴起,加速度计正在向微型化,集成化,高可靠性,高灵敏度的方向发展,具有广泛的军事和民用前景。在此提出了一种压敏电阻完全对称分布的“8梁—质量块”结构的硅微压阻式三轴加速度计,与传统的单悬臂梁结构或悬臂梁—质量块结构相比,这种结构具有更高的灵敏度和更小的轴间耦合度。介绍了采用ANSYS软件进行结构分析的过程,给出了三轴加速度计敏感单元的制作工艺流程。通过对加速度计的静态测试得出X、Y、Z轴的灵敏度分别为SX=48*10-6V/g, SY=54*10-6V/g, SZ=217*10-6V/g,非线性度分别为0.4%,0.6%,0.4% 。     

基于MOEMS技术的F-P光开关的设计

Fabry—Perot(F—P)干涉仪是很多与波长相关的光学元器件的核心结构,通过研制基于MOEMS技术的F—P光开关,可以得到研制一大类MOEMS选频器件的基本设计方法和基本工艺步骤。文章给出了能完全与现有IC工艺相结合,采用Si,SiO2和Si3N4材料的多层介质结构的F—P光开关的设计方法和设计尺寸及其光性能的模拟结果,为今后研制光开关以及结构更为复杂的滤波器等打下了坚实的基础。