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左右分布式高灵敏硅微谐振加速度计结构设计 被引量：4
1
作者 段晓敏 撖子奇 +2 位作者 闫捷 张英杰 曹慧亮 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期171-176,共6页
提出了一种基于微杠杆原理的左右分布式低交叉耦合、高灵敏度的硅微谐振加速度计结构。该结构采用了一级微杠杆放大机构,左右双音叉谐振器和单质量块布局,实现了力放大和差动频率输出,具有结构简单、易于加工的特点,且两音叉谐振器间相... 提出了一种基于微杠杆原理的左右分布式低交叉耦合、高灵敏度的硅微谐振加速度计结构。该结构采用了一级微杠杆放大机构,左右双音叉谐振器和单质量块布局,实现了力放大和差动频率输出,具有结构简单、易于加工的特点,且两音叉谐振器间相互干扰小。首先,优化了设计参数,并进行了模态分析与谐响应分析。结果表明,左右谐振工作谐振频率分别为149.49 kHz和150.8 kHz,在该工作频率下X方向的最大位移远大于Y和Z方向（两个数量级以上）,表明工作模态具有优良的抗干扰能力。其次,在1 000g加速度载荷作用下进行了极限过载仿真。仿真结果表明,其最大应力为612.69 MPa,表明具有一定的抗冲击能力。最后,在±50g的设计量程内对结构的灵敏度进行了仿真分析。仿真结果表明,其灵敏度为160.51 Hz/g,验证了该设计的正确性。 展开更多
关键词 硅微谐振加速度计 高灵敏度 低交叉耦合 有限元分析(FEM) 谐振结构设计
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推挽式谐振加速度传感器设计及仿真研究 被引量：2
2
作者 都捷豪 石云波 +3 位作者 李飞 赵锐 曹慧亮 刘翔天 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第1期28-31,36,共5页
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... 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和21.715 kHz。在±5 g_(n)的设计量程内对结构进行了灵敏度分析。仿真结果表示,其敏感轴的灵敏度为280 Hz/g_(n),非敏感轴的横向灵敏度为0.4 Hz/g_(n)和0.1 Hz/g_(n)。最后搭建自激振荡的闭环驱动模型,验证了结构在闭环系统下的可行性。 展开更多
关键词 硅微谐振式加速度计 差分输出 有限元分析 结构设计 高灵敏度
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硅微谐振式加速度计温度补偿方法研究综述 被引量：5
3
作者 蒋金玲 张晶 +2 位作者 朱欣华 苏岩 周同 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期1-15,共15页
硅微谐振式加速度计具有体积小、成本低、动态范围宽、高精度准数字频率信号输出等优势,但零偏、标度因数等关键性能指标受到了温度等因素的制约,尚不能满足高精度导航制导的高性能要求。因此,本文在简要介绍硅微谐振式加速度计温度特... 硅微谐振式加速度计具有体积小、成本低、动态范围宽、高精度准数字频率信号输出等优势,但零偏、标度因数等关键性能指标受到了温度等因素的制约,尚不能满足高精度导航制导的高性能要求。因此,本文在简要介绍硅微谐振式加速度计温度特性及温度误差来源的基础上,综述了近年来国内外学者针对硅微谐振式加速度计进行的温度补偿方面的研究,包括无源温度补偿技术、有源温度补偿技术;介绍了无源温度补偿技术与有源温度补偿技术常用的方法和最新的研究成果;分析总结了各种方法的优缺点,提出探索更加精确的测温手段、热隔离效果更好的隔离装置以设计一种低功耗、预热时间短、控制稳定性强的微烘箱系统进行器件层的加热控温,以及寻求无源补偿技术与有源补偿技术相结合的更多可能性以获得温度补偿最优组合是后续温度补偿工作的重点研究方向。 展开更多
关键词 硅微谐振式加速度计 有源温度补偿技术 无源温度补偿技术 微电子机械系统
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面向硅微谐振式加速度计的高精度片上温度控制器
4
作者 米玥臻 杨伍昊 +2 位作者 熊兴崟 汪政 邹旭东 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2023年第5期750-757,共8页
为提高硅微谐振式加速度计在变温环境下的精度与稳定性,设计并制备了一种高精度的片上温度控制器,它由硅衬底、铂电阻加热器、测温电阻和温度控制电路组成。对温度控制器的传热模型进行理论分析,使用COMSOL对片上温度控制器进行仿真。... 为提高硅微谐振式加速度计在变温环境下的精度与稳定性,设计并制备了一种高精度的片上温度控制器,它由硅衬底、铂电阻加热器、测温电阻和温度控制电路组成。对温度控制器的传热模型进行理论分析,使用COMSOL对片上温度控制器进行仿真。利用微加工技术制备温度控制器,并设计实验对温控精度、长期稳定性、环境温度影响、功耗等指标进行测试。结果表明,温度控制器可以在600 s内稳定在设定温度±0.001 5℃的范围内,加速度计输出的频率波动范围为±0.03 Hz,内部温度随外界温度变化为0.012 5℃/℃,片上温度控制器的峰值功耗为100 mW。该温度控制器精度高、通用性强,适用于温度范围小、精度要求高的应用场景。 展开更多
关键词 硅微谐振式加速度计 片上温控器 测控电路 连续电压输出 比例-积分-微分(PID)控制
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梳齿结构与振动梁复合的硅微谐振式加速度计非线性振动特性 被引量：4
5
作者 刘梦霞 赵前程 崔健 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1066-1074,共9页
硅微谐振式加速度计的非线性振动可以导致振动幅度噪声耦合到频率输出进而恶化器件的噪声性能,因此有必要对谐振式加速度计的非线性振动特性进行评估及优化,拓展线性振动范围。本文针对所设计的基于梳齿结构与振动梁复合的硅微谐振式加... 硅微谐振式加速度计的非线性振动可以导致振动幅度噪声耦合到频率输出进而恶化器件的噪声性能,因此有必要对谐振式加速度计的非线性振动特性进行评估及优化,拓展线性振动范围。本文针对所设计的基于梳齿结构与振动梁复合的硅微谐振式加速度计进行了仿真与实验分析。首先对加速度计结构使用COMSOL仿真软件进行了非线性仿真分析,该方法通过在谐振梁的振动方向上施加一个静力,得到力与位移之间的关系,计算出非线性三次项系数k3,eff和线性系数keff的比值约为2.13×10^10 m^-2。然后,对双端固支音叉(DETF)进行扫频测试,得出DETF的非线性振动频响曲线。根据Duffing方程对实验数据进行拟合,得出器件两个DETF的非线性三次项系数k3,eff和线性系数keff的比值分别为2.24×10^10 m^-2和2.19×10^10 m^-2。仿真值与测试值的误差分别为5.2%和2.8%。实验结果与仿真值吻合得较好,印证了仿真方法的有效性和测试数据的可靠性。最后,对所设计的谐振加速度计进行非线性分析,当振幅小于35.4 nm时,DETF工作在线性区,可为后续谐振式加计的控制电路设计提供参考。 展开更多
关键词 硅微谐振式加速度计 非线性振动 复合结构 仿真分析
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