梳齿差分电容式体硅微加速度计(英文)

提出了一种体硅微加速度计的设计和制造方法,同时设计了它的闭环反馈伺服电路,分析了加速度计的质量块、悬臂梁和梳尺间隙对量程、非线性、灵敏度、抗冲击能力和带宽等特性的影响。已经加工出的微加速度计,其全量程为±60g,非线性度0.2%,带宽1kHz,灵敏度200mV/g,抗冲击能力10kg。对由加速度计结构设计、温度和伺服电路造成的零位漂移现象进行了分析,提出了一种制造微加速度计的新颖MEMS工艺———正面释放体硅工艺。     

开关电容式闭环微加速度计的稳定性研究

该文对开关电容式闭环微加速度计的系统稳定性进行了深入研究。提出了可通用于该类微传感系统的动态特性分析方法,并具体研究了传感器品质因子、力反馈延迟、电路补偿单元的参数多种因素对系统稳定性的影响。基于 CMOS工艺实现了一款接口电路芯片实例,实验结果表明,充分的电路补偿设计对于保证系统稳定性十分关键,实际的系统稳定边界与理论分析结果也较为吻合,从而证明了理论分析方法的正确性。     

叉指式微硅加速度计的参数化设计

详细阐述了微硅加速度计的原理,根据材料力学以及结构动力学原理,分析了叉指式驱动/检测结构的动力学模型,推导了等效质量、等效阻尼、等效刚度等关键参数模型,分析了灵敏度、横向干扰等和结构参数的关系,为微硅加速度计的优化设计与改进提供了理论指导,实现了最优化设计和仿真.     

叉指式微硅加速度计的参数化设计

详细阐述了微硅加速度计的原理 ,根据材料力学以及结构动力学原理 ,分析了叉指式驱动 /检测结构的动力学模型 ,推导了等效质量、等效阻尼、等效刚度等关键参数模型 ,分析了灵敏度、横向干扰等和结构参数的关系 ,为微硅加速度计的优化设计与改进提供了理论指导 ,实现了最优化设计和仿真     

叉指式微硅加速度计的参数化设计

详细阐述了微硅加速度计的原理，根据材料力学以及结构动力学原理，分析了叉指式驱动／检测结构的动力学模型，推导了等效质量、等效阻尼、等效刚度等关键参数模型，分析了灵敏度、横向干扰等和结构参数的关系，为微硅加速度计的优化设计与改进提供了理论指导，实现了最优化设计和仿真。     

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     

一种新型谐振式微加速度计设计和分析

为提高谐振式加速度计的灵敏度,设计了基于两级微杠杆机构和DETF谐振器的新型谐振式微加速度计结构;用解析法分析了加速度计灵敏度和结构各参数之间的关系,并以此对结构参数进行了优化设计.理论计算表明,所设计的加速度计灵敏度约为56 Hz/g;由有限元仿真分析也得出了相似的结论.     

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加速度计微敏感结构的伽马辐照退化效应

抗辐射的微机电系统(MEMS)加速度计在航天飞行器和核工业中有着广泛应用。当前的研究主要集中在MEMS测控电路的抗辐射加固技术上,对MEMS微敏感结构的辐照退化机理还缺乏深入的认识。由于MEMS微敏感结构和测试电路必须工作在一起,目前研究的难点在于如何准确地辨别出MEMS敏感结构在整表中所贡献的辐照退化量占比,并基于微纳测量的方法辨析出其辐照退化机理。针对该问题,本文首先开发出了一种针对MEMS器件分部件的辐照退化测量技术,成功提取出MEMS敏感结构所产生的辐照退化量;然后采用专门制备的对照MEMS芯片和电学测试的方法来对其退化机理进行研究。测量结果发现：MEMS敏感结构的辐照退化并不来自于寄生电容层的充电效应或各类电阻参数变化效应,而主要来自于界面薄氧化层的充电效应。这些界面层俘获的电荷会对MEMS可动质量块产生一个附加的静电力从而导致MEMS加速度计的输出漂移。综上,本文基于微纳测量的手段明确推断出了MEMS敏感结构在电离辐照条件下的退化机理,为后续的MEMS器件抗辐射加固改进提供了重要的技术方向指导。     

平行板式静电微执行器动态Pull-in现象分析

基于求不考虑边缘电容的静电微执行器动态Pull-in参数的能量分析法,并结合边缘电容的模型推导出考虑边缘电容情况下静电微执行器的动态Pull-in参数的计算方法。将不考虑边缘电容条件下的静电微执行器的动态Pull-in参数和考虑边缘电容条件下的静电微执行器的动态Pull-in参数进行比较,得到这两种条件下静电微执行器的动态Pull-in参数的不同以及边缘电容对静电微执行器动态Pull-in参数的影响:考虑边缘电容的Pull-in电压小于不考虑边缘电容的Pull-in电压;在边缘电容模型下,平行板长度的变化对Pull-in电压的影响很大,但是对Pull-in位移却没有影响,平行板宽度的变化对Pull-in电压的影响较小,但是对Pull-in位移的影响很大。     

MEMS压阻加速度传感器阻尼特性研究

研究了空气阻尼对MEMS压阻加速度传感器性能的影响,建立了传感器动力学模型和空气阻尼模型,分析了空气间隙大小与传感器阻尼系数的相互关系,通过控制空气间隙可以达到控制加速度传感器阻尼的目的。根据分析结果设计了三明治结构封装的传感器,应用有限元仿真软件,对传感器的应力和应变进行了仿真计算,完成传感器结构参数设计;采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装工艺,制作了MEMS压阻加速度传感器。测试结果表明,采用三明治结构封装形式,可以控制压阻加速度传感器的阻尼特性,为提高传感器性能提供了途径。     

基于电容式微加速度计的信号调理电路的设计与标定

为了提高MENS微加速度计的各种性能,完成了基于电容式微加速度计的过载传感器信号调理电路的设计。设计了基于Model 1221电容式微加速度计的信号调理电路,通过静态和动态调试,在频率响应范围内的带内不平度≤±3 dB,超出频率响应范围的带外衰减≥30 dB/oct。最后通过传感器主动校准系统对传感器进行标定测试,测试结果显示:理论值与实际值的误差很小,系统的准确度很高,而且在±15 gn的测量范围内的输出电压满足(0.2±0.2)V^4.8±0.2V。     

MEMS传感器现状及应用

MEMS传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了MEMS传感器的分类和典型应用。其次,对MEMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEMS传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEMS压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEMS传感器的发展趋势进行了展望。     

MEMS三维静动态测试系统

采用集成频闪成像、计算机微视觉和显微干涉技术,研制了微机电系统(MEMS)三维静动态测试系统。系统可进行MEMS面内刚体运动、表面形貌、垂向变形和离面运动的测量。对于面内运动测量,提出了基于立方样条插值的亚像素步长相关模板匹配算法,从MEMS视觉图中提取面内位移,匹配精度为0．02pixels。对于离面运动测量,采用Hariharan 5步相移干涉(PSI)算法和去包裹算法,离面运动测量分辨率可达1nm。通过对Si微压力传感器膜和Si微陀螺仪的静动态测试,验证了系统的适用性和可靠性。     

反馈补偿对高Q值加速度计动态性能的影响

高Q值MEMS电容式加速度计因具有很小的机械噪声,满足于高精度测量的需要,但欠阻尼的传感器系统动态性能较差,因此需要在闭环检测电路中通过补偿反馈模块施加电学阻尼,以降低系统Q值,改善系统的动态响应。首先通过MATLAB/SIMULINK仿真建立了带有延时的系统模型,进一步结合实际PCB板的测量,分析了不同反馈补偿参数下的阶跃响应和幅频响应曲线。实验结果表明,合适的反馈补偿参数能有效地降低系统Q值,改善动态响应。最后得出了该电容式加速度计在闭环系统下的较优比例微分参数的选择策略。     

微电子机械系统的发展及未来

介绍了微电子机械系统（MEMS）的技术、材料、器件及应用，讨论了它的发展趋势及将来的市场。     

MEMS电容式加速度计的动态特性分析

针对梳齿电容形式的微机械加速度计,对其工作原理和动态性能进行了分析。该微结构的质量块由4个折叠梁支撑,采用梳齿结构形成差分检测电容用于检测质量块的位移。通过理论推导得到了结构的质量、刚度和阻尼的计算公式。组成梳齿结构的两平行极板间的气体在极板运动时产生两种作用力:阻尼力和弹性力,运动频率较低时阻尼力为主要表现形式,高频时弹性力则占主要因素。针对一组特定的结构参数,对气体压强分别为100Pa和0.1MPa时微机械加速度计的频率响应特性进行了分析,当气体压强太小时,会造成系统带宽的降低,而当气体压强较高时,系统的动态特性表现良好,并在电容极板间隙约为3μm时,系统的动态特性达到最优。     

静电刚度式谐振微加速度传感器的结构稳定性

为了研究静电刚度式谐振微加速度传感器结构稳定的判据和影响其稳定性的因素,根据静电刚度式谐振微加速度传感器的结构原理,分析了传感器中质量块与音叉梁的运动和受力特点,建立了传感器中质量块与音叉梁在加速度作用前后的力平衡方程。采用数值方法求解力平衡方程,得到了传感器结构的一个稳定平衡点和一个非稳定平衡点,以及两个平衡点重合时对应的结构稳定临界检测电压,分析了加速度作用前后不同质量块支撑梁弹性系数和平行板检测电容间隙对临界检测电压的影响。结果显示,临界检测电压随质量快支撑梁弹性系数和平行板检测电容间隙的增大而增加。当有加速度作用时,临界检测电压将发生变化,但对量程为-1~1g的超低量程加速度传感器,加速度作用前后临界检测电压变化很小,不会引起传感器结构稳定性太大的变化。     

利用微运动分析仪研究MEMS器件的运动特性

介绍了一种计算机控制的微运动分析仪（MMA）,用来研究微机电系统（MEMS）中可动部件的运动特性。它采用了2种光学无损测量方法：计算机微视觉方法用于面内运动测量;相移干涉方法用于离面运动测量。这个高度集成的系统包括了高性能成像系统、驱动电路、数据采集和分析软件。MMA利用频闪照明方法冻结器件的快速运动,可以测量1Hz～10MHz频率的三维运动特性,达到了nm级分辨力。通过研究一个微加工多晶硅微谐振器的运动特性来说明MMA的强大功能。