推挽式谐振加速度传感器设计及仿真研究

设计了一种基于微杠杆原理的推挽式高精度、高灵敏度的硅微谐振加速度传感器.采用微杠杆放大结构,并通过单连接梁推挽谐振器实现力放大和差分输出,具有结构对称,尺寸易于加工的特点.通过设计结构、优化尺寸,并进行模态分析、静力分析和谐响应分析来完成整个结构的设计与仿真研究.结果表明:加速度计工作谐振频率分别为21.708 kHz...     

硅微谐振式加速度计相位控制环路优化研究

硅微谐振式加速度计(MSRA)凭借其潜在的高精度特点成为微加速度传感器领域的重点研究方向之一.相位环路的控制精度直接决定了MSRA的测量精度.在对MSRA工作机理进行简要分析的基础上,着重研究了现实验室加速度计样机的相位控制环路,分析了其相位误差的来源,并在原有环路滤波器的基础上增加了一种带参考电压的PI校正控制环节.实验结果表明,增加PI校正环节后,组成的四阶二型锁相环路可以使差分频率输出与温度线性拟合的相关系数从0.96291提高至0.98863,在±20 g量程围内,非线性度从430 ppm降低至154 ppm,硅微谐振式加速度计的零偏稳定性在常温下达到8.64 μg.     

一种基于谐振音叉的新型差动式硅微加速度计设计与分析

为提高谐振式加速度计灵敏度、稳定性以及减小加速度计体积,本文提出一种结构新颖的谐振式硅微加速度计。采用一级微杠杆机构对质量块惯性力进行放大,通过一对差动布置的双端固支音叉谐振器的固有频率变化检测惯性力,从而实现对加速度的测量。该加速度计可采用体硅加工工艺,给出了总体工艺流程。采用解析和有限元分析方法对加速度计敏感元件进行了分析,有限元分析结果与解析分析结果相吻合,有限元分析可得加速度计灵敏度为57.4 Hz/gn。分析结果表明该加速度计结构具有高灵敏度、高温度稳定性和小体积等优点。     

硅谐振微传感器中微弱信号频率的外差式随机共振检测

硅谐振微传感器输出信号的信噪比很低,频率信号往往淹没在噪声之中.论文分析了随机共振系统的功率谱放大率和信噪比特性,提出了外差式随机共振频率检测方法,并将该方法应用于硅谐振微传感器输出信号的频率检测.理论分析和数值仿真结果表明,外差式随机共振能将更多的噪声能量转变为频率信号的能量,通过调节载波信号频率可从共振谱峰的变化中准确测定谐振频率.该方法是可行、有效的.     

不等基频硅微谐振式加速度计

分析了硅微谐振式加速度计的两个谐振器在谐振频率相交点附近区域产生耦合的原因,设计了一种新型的不等基频硅微谐振式加速度计,并对其进行了有限元仿真.该加速度计由质量块、放大惯性力的杠杆机构以及一对尺寸不同的谐振器组成.采用DDSOG工艺加工.利用ANSYS有限元软件进行仿真,结果表明加速度计上谐振器的谐振基频为124 67...     

静电刚度式谐振微加速度计设计

运用梁的横向振动特性分析了梁振动频率与平行板电容形成的静电刚度的关系,并以此设计了静电刚度式谐振微加速度计。在加速度作用下,检测质量产生的惯性力使电容器极板发生位移来改变电容结构的间隙大小,从而使谐振频率发生变化,通过检测频率变化量来测量输入加速度的大小。根据加速度计的工作原理说明检测过程中梁的机械刚度保持不变,只与产生静电刚度的电容间隙变化相关,减小了检测信号对机械误差与残余应力的依赖性。运用加工参数进行理论计算得出加速度计的灵敏度为21．17Hz／gn,在CoventorWare2005中进行仿真表明：加速度计的固有频率为23．94kHz,灵敏度约为20Hz／gn,与理论设计值相近。     

谐振原理在硅微机械加速度计中的应用

将谐振原理应用于微硅机械加速度计中，可以改善后者输出信号的质量，降低检测难度。随着微机电系统工艺的发展，谐振式微加速度计巳成国硅微机械加速度计发展的新趋势。     

硅谐振式压力微传感器模型与开环特性测试

基于谐振式硅微结构压力传感器幅、相频率特性的分析,利用北京航空航天大学微传感器实验室研制的谐振式硅微结构传感器开环测试系统的测试实验结果和Matlab实验数据处理与拟和分析计算,建立了微传感器的二阶模型.该模型排除了未知相位延迟的影响,从幅值和相位混合的测试数据中精确计算出谐振频率、品质因数以及相位特性,为闭环测试系统的研制提供了依据.     

高灵敏度谐振式微加速度传感器的设计与制作

为提高加速度传感器灵敏度,提出一种新的加速度敏感机制,并基于此原理设计了一种新的微机械谐振式加速度传感器结构.分析了加速度传感器的数学模型及影响灵敏度的关键参数,并以此为依据对传感器结构参数进行优化设计.采用扩散硅层作为谐振子,提高器件性能的同时简化了制作工艺,利用KOH溶液湿法腐蚀硅在各晶向上的各向异性,实现了支撑梁...     

谐振微悬臂梁传感器的工作原理及其在生化检测中的研究进展

谐振微悬臂梁是一种可以将质量变化转换为频率信号的微质量型传感器，因其分辨率高、灵敏度高、成本低、易于集成和小型化等优点而备受关注。谐振微悬臂梁现已被广泛应用于流量控制、生物医学痕量检测、气态和液态分子分析等领域。近年来，随着微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System,MEMS）技术的快速发展，针对谐振式微悬臂梁传感器的研究与应用越来越多，对近年来谐振式微悬臂梁传感器在环境检测、生物医学等领域的具体应用进行了综述，并对未来的发展方向做出了展望。     

一种基于谐振腔结构的微波位移传感器

设计了一种基于谐振腔原理的位移传感器,能够通过谐振频率的改变进行位移的测试。此微波传感器能够承受高温、高污染等恶劣的工作环境,适合应用于航空发动机的叶尖间隙测试。在理论分析的基础上,建立了工作在24 GHz 左右的微波传感器模型,通过模拟计算得到了量程在0～6 mm 时大于240 MHz/μm的测试灵敏度,验证了该设计的正确性。     

电磁激励谐振式MEMS压力传感器闭环控制研究

在谐振器动力学分析的基础上,系统地比较了谐振式压力传感器检测速度谐振频率和检测位移谐振频率的优缺点.设计出一种零相移的电磁激励谐振式MEMS压力传感器闭环控制系统,该系统利用检测速度谐振频率提高传感器的信号检测稳定性,并且控制电路无需移相环节即可保证传感器在工作频率范围内实现稳定可靠的闭环自激.实验结果表明,采用该闭环控制系统的传感器具有较高的稳定性,传感器长时漂移低于0.025%F.S.,在10 hPa～1 050 hPa范围内非线性度为0.06%.     

石英谐振式力传感器的寿命分布􀀁

本文介绍了石英谐振式力传感器比较容易失效的应力下的寿命试验的设计，并用图估法和最佳线性无偏法（ＢＬＵＥ）估计其寿命分布参数，得到了传感器的寿命分布模型。     

基于混沌共振锁频特性提取微弱频率变化

提出利用混沌进行柔性测量的一种方法 ,该方法特别适用于微谐振传感器在感测压力、温度变化时存在信号较弱 ,需要提高其灵敏度和测试分辨力的场合。利用系统从混沌状态到大周期转变时所表现出的共振锁频性质 ,进行了微弱频率变化信号的仿真提取。仿真证明该方法能实现对不同频率变化准确度的柔性测量 ,文中还进一步分析了其理论基础 ,提出了驱动力等效性观点。并给出了实验仿真结果 ,表明该方法很有应用潜力     

MEMS氮化钛谐振式压力传感器研究

提出了一种基于TiN双谐振梁结构的MEMS谐振式压力传感器,利用TiN谐振梁的谐振频率与被测压力的关系进行压力测量。针对传感器的敏感结构建立了数学模型,通过理论分析和ANSYS有限元软件的模拟,得出了谐振梁长度的变化范围和谐振梁的结构参数,并确定了TiN谐振梁在矩形压力膜上方的最佳位置。这对传感器的结构设计具有重要的指导意义。     

压电式加速度传感器安装谐振频率分析

介绍了YD-1型压电式加速度传感器与CZ-4型磁座构成的磁座安装测振系统的安装谐振频率.给出了磁座安装测振系统受力分析及建立系统力学模型的一般方法,计算了该系统的谐振频率,并就磁座质量及剩磁大小对安装谐振频率的影响进行了讨论.     

谐振敏感元件特性模拟器的研究

为了实现谐振式硅微传感器测试仪器的直接校验,以及进行谐振式传感器反馈控制电路的优化研究,设计了能够模拟压阻拾振式谐振敏感元件特性的电路.其中压阻变换是该电路实现的关键.文章采用模拟电路实现对谐振敏感元件的电阻拾振特性的模拟,得到受电压线性控制的交变电阻.对该电路进行了高频特性分析,提出一种可拓宽其频带的反馈补偿技术,从...     

外腔半导体激光器在谐振式光学陀螺中的应用研究

陀螺是一种高精度的惯性传感器件,作为第二代陀螺的谐振式光纤陀螺,在理论上精度高于第一代干涉型光学陀螺。但是谐振式光学陀螺对光源有一个苛刻的要求,需要光源的调谐范围要宽,线宽要窄。一般达到要求的光源体积都很大,不利于谐振陀螺的小型化和成品化。基于谐振式陀螺的检测原理,提出了一种基于外腔半导体激光器的谐振陀螺控制方案,对光源的调制信号进行了分析,提出了温度恒定,控制电流的控制方案。并对外腔激光器电流特性和谐振陀螺入谷信号进行了分析。     

基于重掺杂的谐振式传感器频率温度系数补偿研究

MEMS谐振式传感器具有精度高、准数字输出、抗干扰能力强等特点,高精度压力传感器、应力传感器等多采用谐振式工作原理.频率温度系数补偿是实现高精度谐振式传感器的关键技术.通过实验研究了利用重掺杂改善硅频率温度系数的技术.实验表明:P型掺杂浓度达到7 × 1019/cm3 时,〈110〉晶向频率温度系数降低到-11. 68 ×10-6/K;N型掺杂浓度达到6 ×1019/cm3 时,〈100〉晶向谐振频率是温度的二次函数,在80℃左右频率温度系数有过零点.首次实验演示了利用低功耗加热控制结合N型重掺杂,当环境温度由30℃变化到40℃时,谐振频率温度漂移仅为1. 13 ×10-7/℃.利用该技术可实现超高温度稳定性的谐振式传感器.     

扩散硅谐振式压力传感器同频干扰的建模与消除

为简化谐振式微机械压力传感器的制备工艺,提出了一种采用扩散硅作为谐振梁的压力传感器,并采用电磁激励实现传感器的闭环控制.实验中发现:由于采用扩散硅材料,传感器受到较为严重的同频干扰影响,因此,消除传感器的同频干扰成为需要解决的一个主要问题.通过对采用扩散硅作为谐振梁的压力传感器微结构进行分析,建立了传感器主要噪声来源同频干扰的等效电路模型,据此提出一种新的不对称双端激励解决方法.实验结果表明,该方法可有效地降低传感器的同频干扰,传感器的信噪比由1.53提高至35,为传感器闭环激励和检测提供了有效的手段.