基于探针形式的三维硅微力传感器

为满足三维微力测量的需求,以MEMS体硅压阻工艺技术为基础,研制了一种基于微探针形式,具有μN级三维微力测量和传感能力的半导体压阻式三维微力硅微集成传感器。传感器采用相互迟滞的4个单端固支硅悬臂梁,支撑中间的与微力学探针结合在一起的质量悬块的结构形式,在4mm×4mm的硅基半导体芯片上用MEMS体硅工艺集成而成。通过ANSYS数值仿真的方法分析了三维硅微力传感器结构的应力特点,解决了三维微力之间的相互干扰问题,并对传感器性能进行了测试。结果表明,其X、Z方向的线性灵敏度分别为0.1682、0.0106mV/μN,最大非线性度分别为0.19%FS和1.1%FS。该传感器具有高灵敏度、高可靠性、小体积、低成本等特点。     

硅微机械谐振压力传感器技术的发展

现阶段,硅微机械谐振压力传感器应该是稳定性最好及精确度最高的传感器,在航空航天及工业等领域内广泛应用。按照硅微机械谐振压力传感器目前研究成果,对硅微机械谐振压力传感器工作原理进行阐述,分析不同类别硅微机械谐振压力传感器芯体结构,对硅微机械谐振压力传感器未来发展方向进行分析,希望能够增加对硅微机械谐振压力传感器技术的了解。     

电热激励微谐振器及谐振式传感器

硅微谐振式传感器具有灵敏度和分辨率高、准数字信号输出、抗干扰能力强的优点,在精确测量领域具有独特的优势。其中,电热激励/压敏电阻拾振的微谐振器与工业IC技术兼容,可将敏感元件与信号调理电路集成在一块芯片上构成功能强大的智能传感器。着重论述了电热激励/压敏电阻拾振的硅微谐振器的几种典型结构及其制造技术,并在此基础上阐述了以该谐振器为敏感元件开发的质量流量、气体、压力、温度和接近传感器等多种谐振式传感器。     

硅微选频振动传感器阵列

提出了一种结构新颖的硅微选频振动传感器的陈列，这种传感器是由一系列具有一定的谐振频率的硅悬臂梁、扫描电路和ＭＯＳ开关等组成。它是利用半导体集成电路工艺技术与硅的各向异性腐蚀相结合的方法混合集成在一块的三维硅基体上的。介绍了这种传感器的结构、工作原理与关键的研制工艺，同时给出了实验结果。     

光激、光拾硅微机械谐振传感器的进展

从基本工作原理着手阐述了光激、光拾硅微机械谐振式传感器,评述了近年来在光激、光拾方式下工作的硅微机械谐振式压力、温度传感器的进展,并就该领域未来的发展作了展望。     

一种微摩擦力光学测试方法

为了测试微观条件下材料表面的摩擦学性能,给出了一种微摩擦力的光学测试方法。基于MEMS工艺制作了硅微力传感器,通过标定的方法得到了微力与传感器的变形量之间的关系,采用光反射的方法测量了试验过程中传感器的变形量,进而通过数据处理得到微摩擦力。简要介绍了微摩擦力的光学测试原理,给出了硅微力传感器的结构及制作过程,并对铜和铝的表面进行了微摩擦力测量。初步试验结果表明,该方法具有测试精度高、重复性好、系统性能稳定的优点,能满足微机电系统中摩擦力测试的需要。     

硅微机械谐振式压力传感器组合敏感原理

为解决硅微机械谐振式压力传感器的微弱信号检测问题,并改善其可靠性和动态响应,提出在传感器原有结构上增加辅助传感器,构成组合敏感原理。利用根据辅助传感器测量结果推算出的谐振频率近似值,可控制带通滤波器的中心频率以改善噪声抑制;可及时判断闭环系统失效;可在闭环系统失效状态下继续部分维持传感器的测量功能。辅助传感器的制造工艺与主传感器兼容,附加成本低。     

MEMS硅梁谐振式传感器的研究

通过对硅梁谐振式传感器工作原理的研究,结合Intellisuite软件对硅微悬臂梁谐振器的振动特性进行了分析,设计了具有悬臂梁结构的电热激励/压阻拾振的谐振式传感器,这种传感器具有体积小、功耗低、灵敏度高、准数字信号输出、成本低、与集成电路工艺兼容等优点。对研究制作过程中的关键工艺——各向异性腐蚀技术,尤其是对低温下的腐蚀工艺进行了实验研究,采用高低温相结合的湿法腐蚀工艺制作了微悬臂梁结构,通过实验分析了利用新型有机薄膜对各向异性腐蚀过程中的MEMS器件金属电极的保护效果,为实际生产和设计提供了参考依据。     

硅微机械谐振式压力传感器组合敏感原理

为解决硅微机械谐振式压力传感器的微弱信号检测问题,并改善其可靠性和动态响应,提出在传感器原有结构上增加辅助传感器,构成组合敏感原理.利用根据辅助传感器测量结果推算出的谐振频率近似值,可控制带通滤波器的中心频率以改善噪声抑制;可及时判断闭环系统失效;可在闭环系统失效状态下继续部分维持传感器的测量功能.辅助传感器的制造工艺与主传感器兼容,附加成本低.     

硅微机械谐振式压力传感器组合敏感原理

为解决硅微机械谐振式压力传感器的微弱信号检测问题，并改善其可靠性和动态响应，提出在传感器原有结构上增加辅助传感器，构成组合敏感原理。利用根据辅助传感器测量结果推算出的谐振频率近似值，可控制带通滤波器的中心频率以改善噪声抑制；可及时判断闭环系统失效；可在闭环系统失效状态下继续部分维持传感器的测量功能。辅助传感器的制造工艺与主传感器兼容，附加成本低。     

热激励硅基谐振型压力传感器技术研究

提出一种以电阻发热实现梁激励的单梁硅基谐振型压力传感器结构。利用硅/硅键合、减薄抛光和IC工艺技术,开展硅基谐振型压力传感器技术的研究,解决了三维体加工与IC工艺兼容的关键技术问题,成功地研制出热激励硅基谐振型压力传感器样品。该器件在常压下测试,其品质因子Q值达到1362.5,证实了该谐振型压力传感器结构是可行的。这为研制硅基谐振型压力传感器提供了一种新的方法。     

新结构的硅一体化微加速度传感器

本文介绍了一种新结构的硅一体化微加速度传感器，理论和实验结果表明，这种传感器与传统硅微机械结构加速度传感器相经具有温度特性好，工艺简单和成品率高等优点，这种结构特别适合制作谐振传感器。     

用于微装配的三维微力传感器的研究

采用硅基应变片设计了一种可用于精密微装配作业过程,检测x、y、z方向微接触力的三维微力传感器;经微小改动后,该传感器可成为五维微力传感器。分析了力传感器测量原理,建立其测量模型,并设计了传感器信号放大电路。测试了微力传感器的性能指标,在x、y、z3个方向的微力测量分辨率为0.001 N,测量精度可达0.005 N,测量范围为-0.5~ 0.5 N。最后设计了微装配作业控制系统,并利用该传感器实现力位移混合控制,顺利完成了180μm微型轴与200μm微型孔间的精密微装配实验研究。     

硅微板条谐振式传感器谐振频率分析及计算

对硅微机械谐振式传感器的谐振频率计算提出了新的物理模型—两端固支薄板条模型，该模型不同于常说的硅桥（梁）或硅弦模型。计算结果表明该模型更符合实际，优于有关文献结果。     

硅微板条谐振式传感器谐振频率率分析及计算

对硅微机械谐振式传感器的谐振频率计算提出了新的物理模型－两端固支薄板条模型，该模型不同于常说的硅桥（梁）或硅弦模型。计算结果表明该模型更符合实际，优于有关文献结果。     

一种微带谐振式含水量测量传感器设计

设计了一种用于土壤含水量测量的微带谐振环式传感器。利用仿真软件对所设计传感器进行了仿真分析,并完成了谐振环的制作及实验测量。仿真与测量结果表明,这种谐振环式含水量传感器可用于测量土壤含水量,相较传统的电容传感方法、时域反射仪传感方法等,其在测量准确性上具有优势,且体积小巧,易于安装使用。     

高性能可变电容加速度计

本文介绍一种采用硅微加工技术制作的可变电容式加速度传感器.传感器采用了中位面、平面片悬置,气体阻尼和过量程止动.传感器由三块硅基片制成,硅基片采用了阳极粘合技术粘到硅酸盐玻璃镶嵌物上.典型的传感器有效电容为7pF,修正电容为3pF,响应为0.05pF/G,谐振频率为3.4kHz,阻尼临界值为0.7.采用这种传感器的加速度计具有极好的灵敏度和带宽,以及显著的耐冲击性能.     

高精度MEMS硅谐振压力传感器闭环控制系统

硅谐振压力传感器因其数字频率信号输出和高精度的特点,被广泛应用于航空航天、工业控制等领域。硅谐振压力传感器的闭环控制系统决定硅谐振压力传感器的性能指标,系统的稳定性分析和参数优化则是谐振传感器的研究难点。基于系统状态方程从理论上推导了控制策略,提出系统稳定性判定依据。利用Simulink仿真搭建系统模型,并通过电路测试验证。结果表明,在满足稳定性判据的条件下,研制的硅谐振压力传感器基频为42 kHz,品质因数为30 000。在量程范围为3～130 kPa、温度为-55～85℃时,该谐振压力传感器的精度高达0.01%F.S.,实现了恒幅控制与实时频率跟踪。     

MESA研究所的微机械研究

美国波士顿大学的Jan Smith博士着手有关微泵和谐振式硅结构的研究。此后，与微机械有关的结构和器件的研究正在迅速增加。目前，在MESA研究所中，大约有25人从事有关微机械的研究。正在研究中的器件有流体控制器、流量传感器、液体混合器、谐振式加速度或压力传感器，微型机器人用的活动关节、微定位器、小型扩音器、眼压计以及扫描探测显傲镜等。     

Design of a Silicon Beam Resonator for a Novel Gas Sensor

研究了一种基于硅悬臂梁谐振器的新型气体传感器.该传感器在敏感环境中,可同时获得敏感膜电导率和质量变化,测量被测气体分子的荷质比,具有高灵敏度和高选择性.根据这一原理,针对气体传感器的需求,设计了硅悬臂梁谐振器化学传感器结构,进行了仿真优化,并采用MEMS表面牺牲层工艺制备该器件,激光频率仪测量验证了该微型谐振梁的谐振频率.