耐高冲击过载电容式微加速度计设计

针对近年来常规弹药制导化改造对经历高动态环境的加速度传感器的迫切需求,该文设计了一种抗高过载、低量程的微机电系统(MEMS)电容式加速度传感器。该加速度传感器使用4组折叠梁组对可动结构进行支撑,并带动其在敏感方向移动,同时敏感结构采用差分式电容检测结构和叉齿止档限位结构方案,降低了结构受冲击时的区域应力,提高了输出信号增益及传感器灵敏度。理论计算和有限元分析结果表明,传感器轴向灵敏度为0.22 pF/g(g=9.8 m/s²),可承受轴向幅值为3×10⁴g、脉宽约8 ms的加速度冲击。     

加速度传感器信号处理集成电路的研制

设计并制作了一种用于差分电容式加速度传感器的信号处理电路.该电路具有模拟和脉宽调制两种输出方式,能够将差分电容的变化通过模拟电平和输出脉冲信号的占空比表征,实现了对差分电容式加速度传感器信号的测量.电路中集成了自检测驱动单元.电路采用4 μm P阱CMOS工艺制作.初步测试结果表明:在1～5 pF内,电路的灵敏度为10.7 V/pF,可满足大多数差分电容式传感器信号处理的要求.     

加速度传感器信号处理集成电路的研制

设计并制作了一种用于差分电容式加速度传感器的信号处理电路。该电路具有模拟和脉宽调制两种输出方式 ,能够将差分电容的变化通过模拟电平和输出脉冲信号的占空比表征 ,实现了对差分电容式加速度传感器信号的测量。电路中集成了自检测驱动单元。电路采用 4 μmP阱CMOS工艺制作。初步测试结果表明 :在 1～ 5 pF内 ,电路的灵敏度为 10 .7V/ pF ,可满足大多数差分电容式传感器信号处理的要求。     

加速度传感器信号处理集成电路的研制

设计并制作了一种用于差分电容式加速度传感器的信号处理电路。该电路具有模拟和脉宽调制两种输出方式，能够将差分电容的变化通过模拟电平和输出脉冲信号的占空比表征，实现了对差分电容式加速度传感器信号的测量。电路中集成了自检测驱动单元。电路采用4μmP阱CMOS工艺制作。初步测试结果表明：在1～5pF内，电路的灵敏度为10．7V／pF，可满足大多数差分电容式传感器信号处理的要求。     

微机械双轴电容式加速度传感器设计

设计一款机械噪声较小、灵敏度较高的双轴电容式加速度传感器,其具有4个水平检测单元,X、Y轴向的检测单元各有两组,且水平对称,有效地消除了轴间的交叉干扰;结构中的保护限位装置避免了结构因加速度值过大而断裂失效和结构测量的不准确。该加速度敏感质量块的大小为3 250 μm×3 250 μm×5 μm;栅型条的尺寸大小为1 575 μm×35 μm×5 μm;间距为35 μm,利用Ansys软件对加速度传感器进行性能仿真,得出加速度传感器X和Y轴向的静态灵敏度为0.253 μm/g;电容灵敏度为1.533 pF/g;X和Y轴向的谐振频率为949 Hz,阻尼比为0.83。     

MOS环振式数字加速度传感器

提出了一种新的环振式数字加速度传感器,它采用做在硅梁上的MOS环形振荡器作为敏感元件,两个反方向变化的环振输出信号通过集成在片内的混频器实现频率相减.该传感器具有准数字输出、灵敏度高、温度系数低以及制作工艺简单等特点.分析了环形振荡器的频率特性,以及环形振荡器的谐振频率和加速度的关系,分析并设计了加速度传感器的环形振荡器电路、混频器电路、物理结构以及制作工艺,并制作了样品,其灵敏度为6 .91k Hz/g.     

MOS环振式数字加速度传感器

提出了一种新的环振式数字加速度传感器,它采用做在硅梁上的MOS环形振荡器作为敏感元件,两个反方向变化的环振输出信号通过集成在片内的混频器实现频率相减.该传感器具有准数字输出、灵敏度高、温度系数低以及制作工艺简单等特点.分析了环形振荡器的频率特性,以及环形振荡器的谐振频率和加速度的关系,分析并设计了加速度传感器的环形振荡器电路、混频器电路、物理结构以及制作工艺,并制作了样品,其灵敏度为6.91kHz/g.     

Z轴完全差分电容式加速度传感器设计分析

设计了一种Z轴完全差分电容式加速度传感器,交错梳齿、两组对称可动梳齿通过挠性梁连接在固定衬底上,对称布局使结构稳定并解决了X和Y轴向对Z轴向加速度检测的耦合干扰。对传感器在敏感方向加速度作用下的偏转特性进行分析,给出了相关理论模型并对其求解。对传感器在非敏感方向加速度作用下的扭转变形进行分析,计算该扭转对Z轴检测产生的干扰与结构之间的关系。通过结构的优化设计,使传感器在设计的量程范围内达到最佳检测效果。利用ANSYS进行模拟分析,得到该传感器的灵敏度为0.31 fF/g,验证了本设计分析的合理性、可行性和精确性。     

SOI压阻式面内加速度传感器的交叉灵敏度

设计了一种基于绝缘衬底上硅(SOI)片的面内振动压阻式加速度传感器,并针对其交叉灵敏度性能进行了研究,分析得出传感器的灵敏度与压阻微梁的轴向应力呈正比关系,并通过仿真说明该结构形式的加速度传感器具有非常低的交叉灵敏度,对检测方向的输出干扰非常小。进行了工艺加工和实验测试,实验结果表明,该面内振动的压阻式加速度传感器在20℃下,工作方向上的灵敏度为0.67 mV/g,而另外两个非工作方向(x轴和z轴)上的交叉灵敏度分别为7.3×10-4%和6.6×10-4%,对工作方向的加速度检测影响非常小,此结构的设计方法对于高性能的加速度传感器的研究具有重要的参考意义。     

单片集成的压阻式加速度计设计及加工

针对现实环境下加速度方向多维测试的需求,提出了一种"四边八梁"的MEMS低加速度g(g=9.8m/s2)值压阻式三轴加速度传感器。根据其工作原理进行结构设计,并通过ANSYS与Matlab软件分析、优化结构参数。设计工艺流程并进行离子注入、ICP干法刻蚀及深硅刻蚀等关键工艺加工,最终实现传感器器件加工及封装。利用精密离心机测得传感器3个轴向的的灵敏度分别为44.35μV/g、49.52μV/g、232.89μV/g,验证了设计方案可行性。     

基于压力分布测试的电容式压力传感器北大核心

针对0-0.3 N压力的大小与分布测试,设计了一款电容式压力传感器。通过ANSYS仿真与Matlab数据分析,确定传感器单个敏感单元半径为80μm,腔高0.5μm,膜厚2.5μm。阵元内敏感单元呈行列排布。设计工艺加工流程与版图,并进行干法刻蚀、减薄和键合等关键工艺加工。使用阻抗分析仪和压力计搭建测试平台,结果显示加工得到的压力传感器初始电容平均值为38.03 pF,阵列内电容一致性良好,灵敏度为9.5 pF/N,线性度良好,连接配套数据处理电路可实现压力分布测试。初步满足在小量程压力条件下测试要求,验证了该传感器结构的可靠性,为制备小量程压力传感器奠定基础。     

一种用于地震检波器的新型MEMS加速度传感器北大核心

设计了一种新型的可用于地震检波器的三明治结构MEMS电容式加速度传感器,采用四层硅-硅键合技术获得双面梁-质量块结构与圆片级真空封装,其具有大电容、高分辨率的特点。传感器采用悬臂梁结构减少高温键合过程中热蠕变带来性能影响,并具有良好的抗冲击性。传感器芯片体积为6.3 mm×5.6 mm×2.2 mm,其中敏感质量块尺寸为3.3 mm×3.3 mm×1.0 mm。对封装后的传感器性能进行了初步测试,结果表明,制作的传感器灵敏度达24.4 pF/g,谐振频率为808 Hz,Q值为22,在2 000 g,0.5 ms加速度冲击后仍能正常工作。接入闭环电路进行重力场静态翻滚实验标定,传感器二阶非线性小于0.2%,交叉轴敏感度小于0.07%。     

CMOS工艺兼容的温湿度传感器

设计并制备了一个CMOS工艺兼容的温湿度传感器,讨论了感湿理论模型并用COVENTOR软件进行了模拟,给出了具体的结构参数及工艺制作步骤,最后对温湿度传感器进行了测量,对理论值和实际测量值做了比较并给出了分析结果.结果表明,传感器在25℃时的灵敏度为0.015pF/%RH,从15%RH～95%RH,电容实际变化量为1.23pF.     

CMOS工艺兼容的温湿度传感器

设计并制备了一个CMOS工艺兼容的温湿度传感器,讨论了感湿理论模型并用COVENTOR软件进行了模拟,给出了具体的结构参数及工艺制作步骤,最后对温湿度传感器进行了测量,对理论值和实际测量值做了比较并给出了分析结果．结果表明,传感器在25℃时的灵敏度为0.015pF/%RH,从15％RH～95％RH,电容实际变化量为1.23pF．     

一种硅四层键合的高对称电容式加速度传感器

提出了一种利用体微机械加工技术制作的硅四层键合高对称电容式加速度传感器.采用硅/硅直接键合技术实现中间对称梁质量块结构的制作,然后采用硼硅玻璃软化键合方法完成上、下电极的键合.在完成整体结构圆片级真空封装的同时,通过引线腔结构方便地实现了中间电极的引线.传感器芯片大小为6.8mm×5.6mm×1.68mm,其中敏感质量块尺寸为3.2mm×3.2mm×0.84mm.对封装的传感器性能进行了初步测试,结果表明制作的传感器漏率小于0.1×10-9cm3/s,灵敏度约为6pF/g,品质因子为35,谐振频率为489Hz.     

一种硅四层键合的高对称电容式加速度传感器

提出了一种利用体微机械加工技术制作的硅四层键合高对称电容式加速度传感器.采用硅/硅直接键合技术实现中间对称梁质量块结构的制作,然后采用硼硅玻璃软化键合方法完成上、下电极的键合.在完成整体结构圆片级真空封装的同时,通过引线腔结构方便地实现了中间电极的引线.传感器芯片大小为6.8mm×5.6mm×1.68mm,其中敏感质量块尺寸为3.2mm×3.2mm×0.84mm.对封装的传感器性能进行了初步测试,结果表明制作的传感器漏率小于0.1×10-9cm3/s,灵敏度约为6pF/g,品质因子为35,谐振频率为489Hz.     

基于共振光隧穿效应的加速度传感器

为了设计新型的加速度传感器，将共振光隧穿结构应用于传感元件，利用COMSOL软件对传感器的频率响应、灵敏度性能等关键要素进行了模拟仿真分析，搭建了实验平台，验证了共振光隧穿原理。结果表明，基于共振光隧穿效应结构的加速传感器在100Hz~3000Hz范围内、加速度为500m/s2的情况下，灵敏度可达到6.7dB/g。该传感器小巧轻便、结构简单，且具有较高的灵敏度，这为光学传感器的研究提供了新的方法和思路，具有广阔的应用前景。     

新型簧片式光纤加速度传感器研究

研制了一种新型光纤加速度传感器。基于迈克尔逊干涉仪原理,采用了质量块和可 弯曲簧片结构,通过使用竖直 绕制传感光纤和横向绕制参考光纤的方式提高了加速度传感器的加速度灵敏度。实验测试了 其加速度灵敏度以及横向串扰。在簧片厚为1mm、质量块质量为208 g时,其加速度灵敏度 可达556rad/g(g为重力加速度);在噪声本底为10－4 rad/Hz 、加速度传感器工作频率为100Hz时,其可探测的最小加速度信号为 200ng/Hz(g为重力加速度)。采用该全金属结 构,传感器可更好地用于微弱信号检测。     

基于CTGS的高温压电加速度传感器研究

近年来,航空航天领域的飞速发展要求振动测量技术能耐受更高温度,因此高温压电加速度传感器备受关注。通过优化压电晶体切型和设计质量块结构,该文设计并制备了基于硅酸镓钽钙（CTGS）压电单晶材料的压电加速度传感器。实验结果表明,该传感器的谐振频率约为2.2 kHz。在振动频率为100 Hz~1.1 kHz下,常温时传感器的电荷灵敏度基本稳定,平均值为2.44 pC/g（g=9.8 m/s2）。在常温~600 ℃内,传感器的电荷灵敏度基本保持不变,1.1 kHz振动频率下传感器的电荷灵敏度平均值为2.56 pC/g。该传感器能在600 ℃高温下稳定工作。     

新型双向电容式MEMS加速度计特性分析

文章研究了一新型的栅形条电容MEMS加速度计,通过新型结构设计降低了传感器的机械噪声和电子噪声。用软件ANSOFT-Maxwell对栅形条电容的宽度、厚度及叠加宽度对检测电容的影响进行了分析。用深度离子刻蚀工艺和硅-玻璃键合工艺制作了传感器,初步测试结果表明其在X和Y方向的灵敏度分别为0.53pF/g 、0.49pF/g。制作的栅形条谐振子在大气下的品质因子达到514,说明栅形条结构可大大降低机械噪声。