高固有频率压阻加速度敏感芯片的结构与特性分析北大核心CSCD

在悬臂梁-质量块MEMS加速度敏感结构的基础上,为提高其固有频率,拓展其应用领域,提出了一种带有直拉直压微梁的新型压阻式加速度敏感芯片,通过在结构中引入敏感微梁,达到均衡提高固有频率和灵敏度的目的。使用有限元法对结构的特性进行了仿真分析,结果表明该结构和普通MEMS加速度敏感结构相比,在保证较高灵敏度及良好线性输出的前提下,显著提高了固有频率,可达其87倍以上,同时改善了过载能力,可提高6倍以上。     

压阻式小量程SOI压力敏感结构仿真分析

针对小量程MEMS压力传感器存在提高灵敏度与降低非线性相互制约的问题,利用板壳理论对小量程压力敏感结构进行了仿真分析,给出了兼顾这两个相互制约技术指标的设计方法。基于SOI技术设计了小量程压力敏感结构,通过感压膜片断裂前与衬底适当接触可使其过载能力得到有效提高。仿真结果表明,所设计的量程为5 kPa的压力敏感芯片,其过载压力达到1 MPa,1 mA恒流源供电条件下,满量程输出为43.2 mV。     

多晶硅纳米膜压阻超薄微梁加速度敏感结构

随着微机电系统(MEMS)技术的迅速发展,硅基加速度传感器已经得到广泛应用。但在敏感结构设计中,普遍存在灵敏度与固有谐振频率相互制约的矛盾。为此,采用多晶硅纳米膜作应变电阻,设计了300 nm超薄微梁加速度敏感结构。这种结构的设计改善了灵敏度与谐振频率之间的矛盾,使两者乘积值提高了30余倍,从而使压阻加速度计的性能得到大幅提升。     

高量程压阻加速度传感器横向响应的测试及分析

文中提出了一种高量程压阻加速度传感器的灵敏度和横向灵敏度参数在动态冲击环境下的简易测试方法.采用金属杆自由落体的比较法,即将待测试的加速度传感器和已标定过的加速度传感器以背靠背的形式固定在金属杆的尾端,金属杆从一定高度自由落下与放置在地面上的金属砧发生相互碰撞,利用双通道放大器和计算机数据采集系统同时记录两路信号.实验中分别对6 000 g和60 000 g的压阻加速度传感器进行了研究,该方法具有较好的重复性和可靠性,并分析了测试偏差来源对横向响应的影响.     

大量程SOI压阻式压力传感器设计

文中设计了一种浅凸台结构的SOI压阻式压力传感器。这种膜片结构解决了由于压力量程扩展导致传感器的灵敏度和线性度无法同时满足使用要求的问题。考虑电阻的设计约束以及浅凸台制作过程中的光刻和刻蚀偏差,采用U型电阻保持高灵敏度和线性度。利用ANSYS软件模拟了膜片结构的力学性能,验证了理论分析的正确性;仿真优化了电阻的形状和位置,预估了传感器的性能。介绍了敏感单元的加工工艺。设计的传感器灵敏度为93.4μV/(V·k Pa),非线性误差小于0.22%,可实现对量程高达10 MPa压力的测量。     

基于表面微机械技术的压阻式加速度传感器

文中介绍了一种以表面微机械技术制造的带有片上静电自检测功能的压阻式加速度传感器.该芯片制造利用了表面微机械加工技术,以低应力氮化硅薄膜为结构材料,多晶硅作为压阻材料,引入了准LIGA的电镀铜工艺,实现了一款低成本、与IC制造工艺相兼容的压阻式加速度传感器.电镀的铜质量块使压阻输出获得了足够高的灵敏度.利用金属质量块和衬底形成的一对电极,实现了可片上检测器件是否正常工作的片上静电自检测功能.传感器测试结果表明,加速度输出灵敏度为25.1 μV/g,-3 dB频率带宽为1.3 kHz.     

孔缝双桥结构高性能压阻式加速度传感器

针对装备智能化与监测系统无线化发展对振动传感器的要求,基于微机电系统和应力集中技术,提出并研制一种具有孔缝双桥结构的高灵敏度、高固有频率的压阻式微型加速度传感器。结合理论分析与数值计算方法,分析该结构的特性,通过研究孔缝尺寸对传感器性能的影响确定传感器敏感结构尺寸。传感器芯片采用微细加工工艺制作,并在简单的封装之后进行静态、动态性能测试。试验结果表明,孔缝双桥结构加速度传感器在3 V供电电压下,灵敏度可达到0.424 mV/g,相对传统双桥结构提高了60%以上,而测得的固有频率相对于传统双桥结构仅略有下降,仍在10 kHz以上。孔缝双桥结构加速度计通过引入应力集中孔缝,以较小的固有频率损失,明显提高了传感器的测量灵敏度,具有更为优良的综合性能。     

一种新型六维加速度传感器的结构设计与分析

基于Stewart平台,设计了一种新型的六维加速度传感器,进行了传感器结构设计和固有频率计算,分析了传感器的加速度量程和加速度测量的应力应变情况,为实际制造和应用提供了理论依据。     

105g压阻效应阵列式加速度微传感器硅悬臂梁结构分析

在已有10^5g压阻效应阵列式加速度微传感器版图设计的基础上,应用有限元理论及相关软件,对版图中的硅微悬臂梁进行了模态分析和结构动态计算。将宏观理论应用到微观结构分析中;并对该种结构的加速度传感器的样品进行了冲击实验,得到实验曲线。对计算分析与实验结果进行了比较,指出并分析了误差可能出现的方面。     

小量程梁式称重传感器的受力分析与理论计算

为使小量程称重传感器具有较高的灵敏度和刚度,选择弹性元件的结构形式和金属材料至关重要,为满足体积小、高度低、重量轻等小型化要求,多选择梁式结构。本文介绍了双端固支梁、悬臂梁、薄壁梁式小量程称重传感器弹性元件的结构与特点,受力分析与理论计算,弹性模量效应及电阻应变计基底材料影响,并给出结构设计与计算实例。     

基于SOI的E型膜结构耐高温压力芯片的设计与制造

文中设计了一种基于SOI材料的E型膜结构无引线倒封装压力芯片.SOI材料的选用解决了高温环境下漏电流的问题,可以满足目前航空发动机对于高温使用环境的要求.E型膜结构与传统C型膜结构相比解决了灵敏度与线性度无法同时满足需求的难题.通过无引线倒封装工艺,实现了传感器小型化、轻量化的设计需求.设计的压力传感器量程为0～1.5...     

磁流体加速度传感器的研究与设计

介绍了加速度传感器的应用和磁流体的特性，给出一种磁流体加速度传感器的结构，分析了磁流体加速度传感器的原理，该加速度传感器以磁流体的粘性力作为粘性阻尼，不需要移动的机械装置，克服了普通传感器触点的磨损难题，可以提高传感器的使用寿命和抗过载能力。传感器中采用环形永磁铁，通过对两种充磁方式的永磁铁的磁场和磁场力分析，选取辐射状充磁的永磁铁。最后设计外围电路将输出结果通过LED显示。     

应变式三维加速度传感器的设计研究

基于惯性式加速度传感器原理,采用质量块与弹性元件串并联的结构,提出了一种应变式三维加速度传感器.建立了应变式三维加速度传感器的动力学模型,运用正交试验法,优选了参数选择方案.分析了传感器结构参数对传感器固有频率和灵敏度及其综合性能指标的影响,获得了传感器三维动态响应曲线,并利用有限元方法对传感器的动态响应性能进行了仿真分析.仿真结果表明:新型应变式三维加速度传感器具有良好的低频特性,能有效提取轴承低频振动信号,且结构简单、成本低廉,易于加工装配,可用于轴承运行状态的监测与故障诊断领域.     

基于PSD的高精度激光位移传感器设计与分析

介绍了PSD器件的工作原理,对基于三角法测量原理的传感器主要结构参数进行了分析,给出了设计的传感器外形.并设计一种舍有多种放大倍数的PSD检测电路,可实现测量中对环境变化的自适应能力.最后分析了影响传感器测量精度的各种因素,并讨论了消除的方法.     

高精度小信号峰值检测电路的设计

在工业自动化过程中往往要将某些过程量如温度、压力等转换成相应电信号的最大值保留下来以供记录、分析。峰值检测技术就是一种能跟随输入信号变化并能将最大值记忆下来的电路。通过理论分析、Multisim仿真和实际电路制作逐步比较了各峰值采样保持电路的优缺点,并不断改进电路,克服了管压降、部分信号丢失、采样频率低等诸多弊端,最后设计的峰值检测电路能够满足一般电路对峰值检测技术的要求。     

随钻测量中加速度传感器的标定分析

介绍了压电式加速度传感器在随钻测量中的应用.针对钻井中井下环境及重力加速度对随钻测量的数据的影响,提出了加速度传感器在钻井工程中的标定方法.通过对加速度传感器进行多种方案的标定,分析并对比标定结果,验证了IC压电式加速度传感器的幅频特性和灵敏度,系统的正确性,以及振动加速度对电路板的正常工作的影响.同时研究了改变冲击钻的机械结构对传感器的工作状态的影响.最后,分析了标定中出现误差和噪音的更多方面因素,并提出解决方法.     

节流独立控制负载敏感液压系统特性及其仿真分析

为克服阀控系统运行能效低的缺陷,综合使用负载敏感技术与进出口技术,调整进出油口的联动节流状态。利用AMESim建立仿真模型并分析节流独立控制负载敏感系统的运行过程,对控制策略的有效性与运行特性进行验证。研究结果表明:阻抗工况下,进出口独立控制系统完成进出节流口解耦过程,可独立控制出油腔获得低压力状态,从而减小出油口压力损耗程度;复合工况下,随着时间的增加,负载开始增大,压力在切换阶段出现了较大波动,之后迅速达到稳定状态;在负载敏感系统上添加节流独立控制能够有效提高电机的输出功率,提高液压系统工作效率。     

游乐设施乘员加速度对安全性和舒适性影响分析及其设计方法研究

游乐设施是改善人民群众的精神文化生活质量的重要设施,近年来,乘员人身伤害事故偶有发生。为了减少游乐设施的意外伤害现象,分析游乐设施运行过程中的各种加速度对乘员安全性和舒适性的影响因素,给出针对性的防护和控制措施;在此基础上,提出适合我国人群生理特征的游乐设施加速度耐受阈值曲线和能够反映乘员舒适程度、加速度耐受能力和加速度风险等级之间量化关系的加速度评价指数,形成基于乘员加速度影响分析的设计方法,初步实现游乐设施设计过程中安全性、刺激性和舒适性的协调统一,为游乐设施设计提供了理论指导。