表面溅射 FeGa 薄膜的 AT 切型石英谐振磁场传感器

针对谐振传感器Q值低导致输出信号噪声水平高、传感分辨率低的问题,提出FeGa薄膜与AT切型石英晶片复合的高品质因数谐振磁场传感器。AT切型石英晶片受到交流电压激励以厚度剪切模态振动,FeGa薄膜在磁场中磁化而受到磁场作用力并通过层间耦合传递到石英晶片,由于石英晶片具有力频特性,其谐振频率因此会发生改变。此外,石英晶体低内损耗、高Q值的特性使得传感器具有很高的品质因数,可以实现稳定、低噪声的传感输出。实验结果显示:该谐振磁场传感灵敏度为0.2 Hz/Oe,品质因数达到46 000以上,功耗低于8μW,最大测量磁场可达1 200 Oe,具有较宽的磁场测量范围。该谐振磁场传感器在高信噪比输出信号、低功耗等方面均具有明显优势,且结构简单、易于加工。     

压电单晶片搭接特性

压电晶片广泛应用于压电驱动、压电风扇、压电泵等领域,其往往工作于谐振频率下。对于采用搭接方式安装的压电晶片,接触点位置和接触力的变化会导致压电晶片的工作频率和尖端位移发生变化。针对搭接状态下的压电单晶片,文中设计了一套实验测试机构,分析测试了压电单晶片在不同搭接状态下的谐振特性。     

AT切石英晶体频率力敏特性的实验研究

研究了石英晶体谐振器的力敏特征及晶体的活力与晶片的外形结构、电极尺寸、激励电平、振动模式的关系。实验表明，沿厚度方向剪切振动的AT切石英晶体谐振器的频率力敏特性与激励电平及电极大小无关，泛音振动下的频率力敏特性的增加与泛音次数的增加不成严格的倍数关系，晶体的活力与晶体外形、谐振频率及受力无关。     

石英晶体谐振器电极及激励状态对谐振频率特性的影响

设计了一种新型的单基三电极石英晶体谐振器,并在大气环境条件,测试了在单独激励和同时激励状态下镀金电极、镀铝电极对应的石英晶体谐振器的谐振频率及频率稳定性,比较了不同激励电路对相同谐振器频率稳定性的影响.根据实验结果,分析了电极材料和激励电路对石英晶体谐振器谐振频率及频率稳定性产生影响的原因,提出了改进措施.为改善石英晶体谐振器谐振频率特性,进一步提高石英晶体谐振器谐振频率稳定性提供了依据.     

石英晶振频率测试系统的研究与开发

文章针对当前石英晶振谐振频率测试系统存在诸如:测试频率范围低、次生谐振频率无法逾越的问题,根据不同的测试要求和应用场合,分别设计了π网络最大传输法和零相位测试法两种测试方法.详细阐述了两种测试方法的设计方案与具体实现,并分别给出了谐振频率标称值为10MHz和95MHz下两种测试方法得出的具体实验数据.     

基于S参数传输法的石英晶体静电容测量

介绍了使用S参数传输理论测量石英晶体静电容的方法.以π网络测量石英晶体电参数的硬件电路为测试平台,采用Agi1ent公司自动矢量网络分析仪E5070B测量标称频率为16.934 4 MHz的石英晶体的两端对S参数.由网络分析方法中二端口参数的转换关系测量晶体的阻抗,以石英晶体两端对等效电路模型为基础,根据谐振频率附近30个频率点处的晶体阻抗可以精确测量静电容.测量结果证明,两端对S参数传输法可以精确稳定地测量石英晶体静电容,为石英晶体其他电参数的精确测量奠定良好基础.     

基于机器视觉石英晶片外观的缺陷检测方法

针对石英晶片的外观缺陷检测技术的不足,提出一种基于机器视觉开发软件对石英晶片外观缺陷检测方法,对石英晶片生产过程中出现的外观缺陷进行了分析,提出了缺陷检测的流程,建立了基于几何特征的模板定位算法和基于Blob算法的缺陷分析算法,实现了对图像的获取、边缘检测、定位、识别和斑点分析,在C#环境下对其图像处理技术利用机器视觉软件进行了开发,搭建了石英晶片的外观缺陷检测实验平台,通过摄像机实现了石英晶片的外观图像的捕获,利用视觉软件获得石英晶片的外观质量,最后对此系统进行了测试。实验表明:该石英晶片外观缺陷检测方法具有检测速度快、精确度达到99.7%、匹配误差小于0.3等优点,可满足现场使用的要求。     

压电双晶片的有限元分析及实验

采用有限元分析方法,分析了压电双晶片悬臂梁的位移形变特征.研究了金属弹性层、压电陶瓷片的材料属性及几何尺寸对双晶片偏转位移的影响;计算了双晶片的弹性模量、厚度以及加载电压与位移形变产生弯应力的关系;通过位移测试、弯应力测试等相关实验对有限元分析进行了验证.当加载电压为60 V(120 Vp-p)时,双晶片的偏转位移和弯应力分别为166/μm和34.7 m·N,实验结果证明本文所建的有限元模型是合理有效的.此外,测试了压电双晶片的振动特性,测得其谐振频率为310 Hz,在该频率下加载20 Vp-p电压,其端部位移输出即可达1.7 mm.有限元分析结果及实验验证为压电双晶片结构的优化设计提供了依据.     

变截面 FeGa 膜 / AT 切石英晶片复合谐振磁场传感器

提出用变截面 FeGa 磁致伸缩膜与 AT 切石英晶片双面复合的磁场传感结构,变截面形状降低了磁膜汇聚区域的退磁 因子,进而将磁致伸缩应变汇聚到晶片的电极区域。 同时双面复合结构避免了晶片中沿厚度方向的应变方向发生改变,两者结 合提高了谐振传感器的磁场灵敏度。 推导的灵敏度公式表明,灵敏度与复合结构确定的应变传递系数、磁膜材料的压磁系数以 及磁膜厚度均成正比,与晶片厚度的平方成反比。 在厚度为 200 μm 的 AT 切石英晶片表面双面沉积 1 μm 厚的变截面 FeGa 膜 制备传感器样品,测试结果表明:传感器 Q 值为 5 489,线性区间的灵敏度达到 -0. 82 Hz / Oe,据此,当晶片厚度降低至 7. 5 μm 时,传感器灵敏度将达到 -583 Hz / Oe,并且可通过采用更高压磁系数的材料进一步提高。     

石英音叉扫描探针显微镜

石英音叉是一种谐振频率稳定、品质因数高的时基器件,其音叉臂的谐振参数(谐振振幅和谐振频率)对微力极其敏感。利用石英音叉对外力的敏感性,与钨探针结合,构成一种新型的表面形貌扫描测头。该测头与xyz压电工作台结合,利用测头音叉臂谐振频率对扫描微力的敏感性,研制基于相位反馈控制的扫描探针显微镜。首先介绍石英音叉测头的构成、工作原理和特性测试,以及由该测头构建的扫描探针显微镜的结构和测试、分析。通过对测头和系统的测试结果分析,系统达到1.2 nm的垂直分辨率,并通过对一维栅的测量,给出扫描获得的试样表面微观形貌图以及相位图,证明系统的有效性。另外,由于采用大长径比的钨探针,该系统具有测量大深宽比微器件表面轮廓的能力。