一种新型谐振加速度计

描述了一种新的谐振加速度计,这种加速度计由1个质量块、2个谐振音叉和一套由锚点支撑的弯曲杠杆系统组成.在加速度的作用下,一个音叉受到轴向拉力的作用频率变大;另一个音叉受到轴向压力的作用频率变小.杠杆系统放大了由加速度引起的轴向力,使加速度灵敏度提高.这种加速度计可以用微机械体硅工艺来制作.实验研制的加速度计灵敏度为27.3 Hz/g,分辨率为167.8μg.     

硅微机械音叉式谐振器

应用体硅微机械加工技术,制作了一种双端固定音叉式谐振器。它在音叉的两个臂上连接了梳齿电容结构,用来驱动音叉臂在硅片平面内侧向、反相振动,同时检测音叉的振动频率。当驱动力的频率等于音叉的固有频率时,音叉产生谐振。此时,检测梳齿电容输出的电流最大。用有限元方法对谐振器进行了模态分析和结构优化。音叉臂长800μm,宽5μm,梳齿电容齿长25μm,结构层厚度为80μm,在30V交流电压激励下,测得其谐振频率为25kHz。当音叉受到轴向力的作用时,音叉的固有频率会发生变化,根据这一原理,设计了谐振式加速度计。用有限元分析软件对加速度计工作情况仿真,估算其灵敏度约为2Hz/g。这种音叉式谐振器结构和工艺简单,性能可靠,成本较低,对于进一步研究微机电系统谐振器件具有重要意义。     

硅微型加速度传感器技术

介绍了硅微加速度计的基本原理以及国内外最新发展的几种硅微加速度计的结构形式，包括压阻式、电容式、隧道式等，分析了这些传感器的基夸特点，总结出它们在传感器性能方面存在的一些问题，提出了一些解决关键问题的措施，并对目前两种新的微机理：共振隧穿和介观压阻效应的原理和应用前景进行了论述。     

电容式硅微加速度计变换方程的研究

研究了利用硅簿片为敏感元件的电容式加速度计，加速度计的悬臂梁与惯性质量块是一个整体结构，可以消除元件弹性连接的不完善性，而且极板间隙中空气相对介电常数εr的高稳定性是这种电容式传感器的优点之一。给出了敏感元件的实际弯曲函数，分析了其变换方程及非线性，研究表明，在设计电容式硅微加速度计时，只要间隙调制深度在-0.5- 0.5，加速度计的变换函数基本满足线性，得到的变换方程可以作为合理选择电容式加速度计的电极结构参数的理论依据。     

基于MEMS微加工技术的高灵敏度隧道传感器的研究

基于硅加工的高灵敏微型隧道传感器在过去15年里得到了充分的发展.多种隧道传感器被开始出来,例如加速度计,角速度计,红外传感器,磁性传感器等.首先对基于硅加工的隧道传感进行了简单的总结.对四种传感器进行了总结和讨论,包括几种器件的结构设计,加工过程,器件性能,控制电路和系统噪音.特别介绍了一种新型的基于高分子聚合物的隧道加速度计,并讨论了其结构,加工与测试,隧道效应得到了进一步验证.同时给出了这种新型高灵敏传感器在很多领域的应用展望.     

扭摆式硅微加速度计的优化设计

文中介绍了扭摆式硅微加速度计的结构原理和对其进行最大灵敏度优化设计的方法,计算结果表明,对硅微速度计的结构参数进行优化,可以最大限度地提高传感器的性能。     

硅加速度计设计的折衷方案

硅加速度计设计的折衷方案美国ＥＧ＆ＧＩＣＳＥＮＳＯＲＳ公司加速度计系统的设计者们面临的是一系列彼此竞争的技术。从中做出正确的选择往往需要对价格和性能进行折衷考虑。像汽车安全气囊和刹车系统这种对安全性要求极高的应用场合，需要依赖先进的传感器技术来满足其...     

3140型压阻式微硅加速度计测试与分析

微型加速度计作为一种新型惯性传感器,它在体积、重量、成本、功耗、可靠性和寿命方面都具有传统加速计无可比拟的优势,３１４０型压阻式微硅加速度计是美国ＩＣＳｅｎｓｏｒｓ公司的产品。文中介绍了它的结构设计和工作原理,并对其重要性能参数进行了测试和分析。     

一种高灵敏度硅压阻式加速度传感器的研究

介绍一种高灵敏度硅压阻式加速度计的工作原理、结构、工艺技术及测定方法;通过分析和实践,得到了能提高速度传感器输出性能的有价值的结论。     

应用石英音叉谐振器的智能温度传感器

为了实现高精密温度测量,设计了高性能数字温度传感器,该传感器由石英音叉谐振器,数字接口电路和基于现场可编程门阵列的传感器重置控制算法构成。依据石英晶体压电效应原理,对石英音叉谐振器的热敏切型和电极设置进行了研究;基于力学振动原理,导出石英音叉谐振器弯曲振动模式的微分方程;讨论了谐振式温度传感器的工作原理,提取出石英音叉温度传感器的特征参数并进行了非线性误差分析;采用光刻和侵蚀技术加工制作了石英音叉谐振器。该传感器的频率输出信号通过数字接口进入现场可编程门阵列,通过重置控制算法实现传感器的重置和现场自动校验。实验结果表明,在-20 ~140 ℃,该传感器的灵敏度可达65×10^-6/℃,测温分辨率为0.001 ℃,响应时间为1 s,测温精度为0.01 ℃。     

梳齿结构与振动梁复合的硅微谐振式加速度计非线性振动特性

硅微谐振式加速度计的非线性振动可以导致振动幅度噪声耦合到频率输出进而恶化器件的噪声性能,因此有必要对谐振式加速度计的非线性振动特性进行评估及优化,拓展线性振动范围。本文针对所设计的基于梳齿结构与振动梁复合的硅微谐振式加速度计进行了仿真与实验分析。首先对加速度计结构使用COMSOL仿真软件进行了非线性仿真分析,该方法通过在谐振梁的振动方向上施加一个静力,得到力与位移之间的关系,计算出非线性三次项系数k3,eff和线性系数keff的比值约为2.13×10^10 m^-2。然后,对双端固支音叉(DETF)进行扫频测试,得出DETF的非线性振动频响曲线。根据Duffing方程对实验数据进行拟合,得出器件两个DETF的非线性三次项系数k3,eff和线性系数keff的比值分别为2.24×10^10 m^-2和2.19×10^10 m^-2。仿真值与测试值的误差分别为5.2%和2.8%。实验结果与仿真值吻合得较好,印证了仿真方法的有效性和测试数据的可靠性。最后,对所设计的谐振加速度计进行非线性分析,当振幅小于35.4 nm时,DETF工作在线性区,可为后续谐振式加计的控制电路设计提供参考。     

基于柔性铰链机构的谐振式微加速度计设计制作

为设计制作高灵敏度、高稳定性的谐振式微加速度计,基于微制作工艺,采用柔性铰链机构和双端固定音叉谐振器设计了微加速度计结构;分别用解析法和有限元方法分析了加速度计的理论灵敏度,同时进行了谐振器结构优化设计;根据检测原理设计制作了测试用电路板,给出了开环谐振频率测试结果以及闭环时加速度测试结果。测试结果表明所设计的谐振式加速度计工作稳定,灵敏度约为55.03Hz/g,分辨力约为182×10-6g。     

面向工程振动环境监测需求的MEMS加速度计及其应用

要:随着我国重大建设项目的日益增多,核电设施、大型桥梁、大科学装置等重要建筑工程对其所处环境的振动控制要求愈发苛刻,对工程振动的监测需求也日益强烈.基于硅微加工和超精密制造的MEMS加速度计集成度更高、尺寸更小、功耗和成本更低,高度契合需要使用极多加速度计的振动环境监测的应用需求.文中介绍了压电式和电容式MEMS加速度...     

Novel Resonant Accelerometer with Micro Leverage Fabricated by MEMS Technology

For the purpose of improving the precision of the inertial guidance system,it is necessary to enhance the accuracy of the accelerometer.Combining the micro-fabrication processes with resonant sensor technology,a high-resolution inertial-grade novel micro resonant accelerometer is studied.Based on the detecting theory of the resonant sensors,the accelerometer is designed,fabricated,and tested.The accelerometer consists of one proofmass,two micro leverages and two double-ended-tuning-fork (DETF) resonators.The sensing principle of this accelerometer is based on that the natural frequency of the DETF resonator shifts with its axial load which is caused by inertial force.The push-pull configuration of the DETF is for temperature compensation.The two-stage micro leverage mechanisms are employed to amplify the force and increase the sensitivity of the accelerometer.The micro leverage and the resonator are modeled for static analysis and nonlinear modal analysis via theory method and finite element method (FEM),respectively.The geometrical parameters of them are optimized.The amplification factor of the leverage is 102,and the sensitivity of the resonator on theory is about 62 Hz/g.The samples of the accelerometer are fabricated with deep reactive ion etching (DRIE) technology which can get a high-aspect ratio structure for contributing a greater sensing-capacitance.The measuring results of the samples by scanning electron microscopy (SEM) show that the process is feasible,because of the complete structure,the sound combs and micro leverages,and the acceptable errors.The frequency of the resonator and the sensitivity of the accelerometer are tested via printed circuit board (PCB),respectively.The result of the test shows that the frequency of the push-resonator is about 54 530 Hz and the sensitivity of the accelerometer is about 55 Hz/g.The amplification factor of the leverage is calculated more accurately because the coupling of the two stages leverage is considered during derivation of the analysis formula.In addition,the novel differential structure of the accelerometer can greatly improve the sensitivity of the accelerometers.     

基于厚膜混合集成的硅微机械加速度传感器

采用厚膜混合集成技术实现了硅微机械加速度传感器工程样机。介绍了厚膜混合集成电路工艺的原理和特点、传感器的结构和工作原理，研究了信号提取和处理方法，优化了反馈控制校正电路网络，利用电容转换专用集成电路，通过厚膜技术组装了工程样机。实验结果表明：该单片加速度传感器具有较高的精度和零偏稳定性。     

基于光纤-镜面干涉腔的光纤加速度计

设计、研制了一种基于光纤-镜面干涉腔的光纤加速度计.介绍了该加速度计的传感原理及弹性结构设计,并对其性能进行了实验测试.该加速度计用固定于圆网状弹性结构上的硅微反射镜与处理过的光纤端面构成光纤-镜面干涉腔来产生相位差随外界加速度改变的光干涉信号;采用相位生成载波技术通过对干涉信号的调制和解调实现对相位差的精确测定.应用...     

R电容式硅微加速度传感器静态误差的标定

静态误差广泛存在于各种加速度传感器的应用中,对于误差的标定非常重要。本文介绍了电容式加速度传感器的结构,并分析其工作原理。对于加速度传感器的量程,采用精密离心机来标定静态误差,具体介绍了离心机实验过程,成功地实现了对加速度传感器静态误差的标定,并给出了电容式加速度传感器的标定数据和结果,标定结果使加速度传感器测量的线性度得到了很大的提高。标定方法也适用于其他类型加速度传感器。     

VIBRATION MEASUREMENT OF DOUBLE-ENDED TUNING FORKS RESONATOR

To enhance the coherence and reliability of the double-ended tuning fork (DETF) resonator, a measurement system of resonator vibration is presented to check its dynamic characteristics. Laser Doppler techniques are utilized and the relation between DETF vibration velocity and output current of photodetector is obtained. Resonator vibration equation is also analyzed and its driving power only depends on the direct current bias voltage and the amplitude of alternative voltage. Furthermore, a special resonator driving control circuit based on measurement is designed. The amplitude and frequency of circuit is controlled by a computer so that highly stable and strong driving signal can be output. Experiments on driving and measuring double-ended tuning fork have been done. The frequency of driving signal is 8 kHz and the peak-to-peak value of driving voltage is 140 V. Experimental results indicate resonator can be drived stably by driving control circuit and dynamic characteristics of DETF may be measured in real time.     

挠性摆式微硅加速度计的有限元分析

】微硅加速度计是近年来发展起来的新型器件,在结构设计阶段必须对其进行力学分析,以期对使用条件下的摆片位移、应力等作到心中有数。本文采用有限元分析方法对挠性摆式微硅加速度计进行有限元分析,其中包括对未封装及封装后实体单元进行敏感轴位移、侧向位移、横向灵敏度、受力情况等分析。分析结果表明所设计的微硅加速度计符合仪表性能要求。