不同检测电容结构对MEMS电容传感器性能的影响分析

改进传感器检测电容几何结构能有效改善传感器的性能。本文对梳齿电极结构、栅形电极结构及梳栅电极结构检测电容的性能特点进行分析比较,重点分析了振子质量、空气阻尼、系统阻尼系数比以及灵敏度等特性,得出在相同的外轮廓尺寸、支撑梁、振子厚度以及振子到衬底的距离的条件下,栅形结构传感器的振子质量最大,空气阻尼最小,适合制作高分辨率的传感器;在大气下,梳齿结构灵敏度增加的同时空气阻尼力也会增加,且振子质量较小,适合制作高灵敏度,低分辨率传感器结构;梳栅结构的特点居于两者之间,适合制作需要兼顾分辨率和灵敏度的传感器。通过实例计算,证明了该结果。     

惯性冲击对低真空封装的RF MEMS电容开关性能的影响

分析了外界惯性冲击对低真空封装的旁路电容式RF MEMS开关性能的影响.得到了近似计算外界惯性冲击引起位移的解析式.在已知最大容许插入损耗和外部惯性冲击环境条件下,MEMS开关支撑梁的最小机械刚度常数以及外部惯性冲击引起的插入损耗可以根据该式得到.通过RF MEMS电容式开关实例,表明设计低真空封装的RF MEMS电容式开关时应考虑外部环境因素.可见,RF MEMS开关用低真空封装可以减小空气阻尼、改善开关速度和执行电压的同时,开关的性能却容易受外界环境因素的影响.该研究对低真空封装的RF MEMS电容式开关的优化设计很有意义.     

新型磁驱动增大检测电容的高精度MEMS惯性传感器研究

增大传感器振子的质量和静态测试电容可以减小电容式MEMS惯性传感系统的噪声,而深度粒子反应刻蚀工艺由于复杂的工艺原因,当深宽比较大时,不能刻蚀出大质量和大初始电容的传感器.据此,本文研究了一种磁驱动增大检测电容的MEMS惯性传感器,通过电磁驱动器,传感器的静态测试电容可以大幅增加,在梳齿电容上刻蚀阻尼槽后,其机械噪声达到0.61μg每根号赫兹,仿真其共振频率为598Hz,静态位移灵敏度为0.7μm每重力加速度,基于硅 玻璃键合工艺,制作了栅形条电容式惯性传感器,并用电磁驱动的方式测试其品质因子达到715,从而验证了制作工艺的可行性和电磁驱动器改变传感器初始静态测试电容的可行性.     

可供便携式设备充电的移动电源设计

针对便携式设备续航时间短的问题,设计了一款能够在户外供其他移动数码产品充电的移动电源。此款移动电源基于锂电池充电芯片ASC8513和升压芯片ME2109,能做到自身的充电电流和输出电流均达到2 A,比普通产品的1 A电流高出1倍,并具有很好的安全性和人性化设计。着重分析了移动电源系统中各模块的电路设计,参数设置和工作效率等问题,为设计一款性能优良的移动电源提供了解决方案。     

梳齿的不平行对电容式微机械传感器阶跃信号响应的影响

分析了梳齿电容式传感器在三种电容驱动方式下,梳齿电容极板的不平行对传感器受到阶跃加速度信号作用时可靠工作条件的影响。得到了梳齿倾斜效应对传感器阶跃加速度响应影响的分析模型。结果表明梳齿电容在同样的电压驱动下,若电容极板的倾斜角变到0.5°时,对于单边电容结构、双边电容结构和有力反馈的双边电容结构,传感器能够承受的临界阶跃加速度分别变为电容极板完全平行时的0.34、0.44、0.52。并针对DRIE工艺刻蚀梳齿的原理,讨论了改进梳齿不平行的方法。     

工艺误差对盘式耦合谐振滤波器的影响

MEMS谐振器采用阵列耦合设计可以降低运动电阻、提高功率处理能力等,但是阵列耦合谐振器的性能对于耦合梁结构特性非常敏感,据此分析工艺误差造成的耦合梁形状变化对圆盘阵列耦合谐振器滤波性能的影响.对耦合梁不同程度倾斜下的谐振滤波器结构和性能参数进行理论分析,并采用有限元仿真软件ANSYS进行模拟仿真.结果表明当耦合梁分别发生0.1°、0.2°、0.5°倾斜时,滤波器中心频率分别下偏10×10-6、24×10-6、51×10-6.当倾斜角达到0.5°时,分数带宽偏差将达到5.6%.提出了一种半高耦合梁的圆盘阵列谐振滤波器,其滤波器性能稳定性要4×优于常规型圆盘耦合谐振滤波器.     

偏置电压极性对力反馈电容式微加速度计特性的影响分析

对电容式加速度计,为测量其电容的变化,通常需要带直流偏置的交流电压信号来驱动。驱动信号产生的静电力有时会干扰器件的测量和正常工作。文章中定量分析了带有电压反馈的双边驱动信号对器件特性的影响。对于这种驱动方式,正-负和正-正的直流电压偏置可以改善器件的测量线性度,基本消除由驱动信号导致的吸合效应,而负-负和负．正的直流电压偏置会使驱动信号引起的吸合效应增大,从而大大缩小了器件的安全工作范围。     

不同负载下液化换能器动态电阻特性研究

针对液化超声中超声振子在不同负载下工作导致的换能器发热不同,进而影响换能器工作效率和使用寿命问题,从理论和实验方面研究了工作在串联谐振点的换能器在不同负载环境下的动态电阻变化和发热特性。研究获得了不同液体负载条件如不同液体温度、液体黏稠度、浸入深度、液体密度等下,换能器的动态电阻变化与换能器发热量的映射关系。针对串联谐振频率下的换能器,通过理论计算得到了动态电阻与电压电流关系。针对阻抗分析仪驱动功率较低,不能准确测试换能器有载时的动态电阻变化趋势的缺点,设计了一种测试换能器有载时的动态电阻变化趋势的方案。基于频率追踪芯片实现了频率追踪电路,保证了超声换能器工作频率始终处于换能器串联谐振点。本研究可为提升工作在复杂负载环境下的超声电源可靠性提供参考。     

基于自适应最优消零的无线传感器网络数据压缩算法研究

针对无线传感器网络采集数据存在的时空冗余,提出了一种自适应最优消零压缩算法(AOZS,adaptive op-timal zero suppression compression algorithm)。AOZS是一种无损的数据压缩算法,能够自适应地寻找最优位数因子对递增排列的数据序列进行消零运算和编码,使得数据序列的最终编码长度最短。仿真结果表明,AOZS算法能够对无线传感器网络采集的数据进行有效地压缩,降低了节点能耗,减小了网络延时,并且能精确地重构原始数据。     

基于MEMS加速度传感器的位移检测系统

为了实现对物体运动位移的检测,设计了一种以国产高精度MEMS电容式加速度传感器MSCA3002为核心,24位高精度A/D转换器ADS1255,高性能ARM处理器LM3S2B93为主控制器的位移检测系统,并详细给出该系统的硬件电路及其软件算法设计。系统将传感器检测到的物体运动的加速度,经过积分算法转换为物体运动位移。实验结果表明：系统采样精度高、速度快、误差小,A/D转换器对加速度信号的检测精度能达到0.4%,积分后对位移的测量精度能控制在3%左右,很好地实现了对运动位移的检测。