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CMOS-MEMS体硅集成陀螺的系统仿真
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作者 王佳 钱梁 +1 位作者 杨振川 闫桂珍 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第4期563-566,共4页
体硅MEMS和CMOS电路的单片集成技术是提高传感器性能的有效途径,但是集成技术会对陀螺的设计和CMOS电路的设计提出更高的要求。通过建立CMOS-MEMS体硅陀螺的等效电学模型,实现了对CMOS-MEMS体硅陀螺的系统级仿真。通过系统仿真,陀螺的... 体硅MEMS和CMOS电路的单片集成技术是提高传感器性能的有效途径,但是集成技术会对陀螺的设计和CMOS电路的设计提出更高的要求。通过建立CMOS-MEMS体硅陀螺的等效电学模型,实现了对CMOS-MEMS体硅陀螺的系统级仿真。通过系统仿真,陀螺的结构部分、电路部分、集成产生的寄生效应以及工艺误差得到了有效的分析,从而能够了解它们相互之间的影响,更好的指导CMOS-MEMS体硅集成器件的设计。 展开更多
关键词 陀螺电学模型 cmos-mems体硅陀螺 工艺误差 系统仿真
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一种基于滑膜阻尼效应的新型微机械陀螺 被引量:13
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作者 陈永 焦继伟 +3 位作者 熊斌 车录锋 李昕欣 王跃林 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期103-105,149,共4页
介绍了一种基于滑膜阻尼效应的新型音叉式微机械陀螺。该陀螺包括两个驱动质量块和由各自驱动质量块支撑的检测质量块 ,通过检测质量块上的栅形电极与玻璃衬底上的固定检测电极之间的电容变化实现角速度信号的检测。对陀螺进行了结构设... 介绍了一种基于滑膜阻尼效应的新型音叉式微机械陀螺。该陀螺包括两个驱动质量块和由各自驱动质量块支撑的检测质量块 ,通过检测质量块上的栅形电极与玻璃衬底上的固定检测电极之间的电容变化实现角速度信号的检测。对陀螺进行了结构设计和分析。在陀螺芯片的制作过程中 ,解决了深反应离子刻蚀过程中的根部效应和滞后效应等问题。初步测试结果表明 ,该陀螺灵敏度和非线性度比较理想。 展开更多
关键词 微机械陀螺 体微机械加工 栅形电极 滑膜阻尼
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基于静电悬浮转子的硅微陀螺技术 被引量:7
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作者 韩丰田 吴秋平 +1 位作者 吴黎明 董景新 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2008年第3期339-342,347,共5页
设计了一种转子采用五自由度静电悬浮的微机械陀螺。微陀螺基于玻璃-硅-玻璃键合的三明治结构、环形转子、体硅工艺、电容式位移检测方案;采用公共电极施加高频激励信号,基于隔离网络和频分复用的方法实现检测电极与加力电极的复用以简... 设计了一种转子采用五自由度静电悬浮的微机械陀螺。微陀螺基于玻璃-硅-玻璃键合的三明治结构、环形转子、体硅工艺、电容式位移检测方案;采用公共电极施加高频激励信号,基于隔离网络和频分复用的方法实现检测电极与加力电极的复用以简化陀螺结构;通过有源静电悬浮系统约束环形转子沿五自由度的运动,并提供足够的支承刚度;转子的转速控制基于三相可变电容式电机驱动方式,借助于检测转子与定子旋转电极的电容变化获得转子速度以实现转速闭环控制。目前已加工出基于深反应离子刻蚀工艺的微结构,采用基于DSP的数字控制器实现了环形转子的五自由度稳定悬浮。 展开更多
关键词 硅微陀螺 静电悬浮 体硅工艺 电容式位移检测 可变电容式电机
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单片三轴硅微机械振动陀螺仪研究 被引量:2
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作者 许宜申 王寿荣 王元山 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2006年第10期1034-1038,共5页
设计、制造了一种单片集成三轴硅微机械振动陀螺仪.该器件由两个结构完全相同的单轴水平陀螺仪和一个单轴垂直陀螺仪组合而成,三只单轴陀螺仪均采用静电驱动、电容检测的结构形式.采用体硅溶解薄片法制造了该三轴陀螺仪芯片,并对其在空... 设计、制造了一种单片集成三轴硅微机械振动陀螺仪.该器件由两个结构完全相同的单轴水平陀螺仪和一个单轴垂直陀螺仪组合而成,三只单轴陀螺仪均采用静电驱动、电容检测的结构形式.采用体硅溶解薄片法制造了该三轴陀螺仪芯片,并对其在空气中的驱动性能进行了初步测试.测试结果表明,该单片三轴硅微机械振动陀螺仪驱动模态的实际谐振频率与理论值之间的最大误差小于5%,满足设计要求. 展开更多
关键词 微机械振动陀螺仪 三轴陀螺仪 体硅溶解薄片法
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一个单芯片硅微惯性测量组合 被引量:1
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作者 常洪龙 蒋庆华 +3 位作者 崔金强 李芊 苑伟政 杨芳 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第05B期2245-2247,2251,共4页
论文基于普通的体硅工艺设计实现了一个单片集成式硅微惯性测量组合.通过对敏感表头的结构优化设计达到异构图形长和宽的较高一致度,从而有效降低刻蚀延迟效应(RIELag)对大面积结构深刻蚀造成的影响.所加工的样片在不到1cm2的硅片面积... 论文基于普通的体硅工艺设计实现了一个单片集成式硅微惯性测量组合.通过对敏感表头的结构优化设计达到异构图形长和宽的较高一致度,从而有效降低刻蚀延迟效应(RIELag)对大面积结构深刻蚀造成的影响.所加工的样片在不到1cm2的硅片面积上同时包含了三个不同轴向的硅微加速度计和三个不同轴向的硅微陀螺,可对载体在笛卡尔坐标系内六个自由度上的运动分量进行测量.针对这六个片上惯性元器件,分别设计了相应的接口电路并进行了测试.测试表明其中的陀螺可达到1deg/s左右的精度,加速度计有33mV/gn的标度因子.论文研究表明这种单片集成式硅微惯性测量组合的实现方法工艺简单,可有效降低惯性测量组合的体积,同时具有进一步提高精度的潜力. 展开更多
关键词 硅微惯性测量组合 单片集成 体硅工艺 硅微陀螺 硅微加速度计
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微静电陀螺仪的结构设计与工艺实现 被引量:1
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作者 王嫘 韩丰田 +1 位作者 董景新 刘云峰 《纳米技术与精密工程》 EI CAS CSCD 2011年第3期265-269,共5页
为了探索微机械陀螺突破精度极限的新途径,设计了一种基于环形转子、体硅加工工艺、转子5自由度悬浮的硅微静电陀螺仪.采用玻璃-硅-玻璃键合的三明治式微陀螺结构,提出了包括双边光刻、反应离子刻蚀(RIE)、电感耦合等离子体(ICP)刻蚀、... 为了探索微机械陀螺突破精度极限的新途径,设计了一种基于环形转子、体硅加工工艺、转子5自由度悬浮的硅微静电陀螺仪.采用玻璃-硅-玻璃键合的三明治式微陀螺结构,提出了包括双边光刻、反应离子刻蚀(RIE)、电感耦合等离子体(ICP)刻蚀、玻-硅静电键合、硅片减薄、多层金属溅射等关键工艺的加工路线.在工艺设计中采用铝牺牲层对转子进行约束,在第2次玻-硅键合后再通过湿法去除牺牲层,以得到可自由活动的转子.基于提出的体硅工艺路线,成功加工出了微陀螺敏感结构,并完成了转子5自由度悬浮和加转实验,测试结果表明大气环境下转子转速可达73.3 r/min. 展开更多
关键词 微静电陀螺 体硅工艺 铝牺牲层 静电键合
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一种静电驱动电容检测的微机械陀螺及其工艺改进
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作者 郑旭东 胡世昌 +2 位作者 张霞 金仲和 王跃林 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第18期2160-2163,2177,共5页
介绍了一种新型的体硅微机械工艺制造的框架式陀螺及其工艺改进。框架式设计使得陀螺的驱动模态和检测模态解耦;静电力驱动外框使得陀螺进入初始谐振模态;通过内部质量块和固定电极组成的差分敏感电容对的电容极板交叠面积的变化来检测... 介绍了一种新型的体硅微机械工艺制造的框架式陀螺及其工艺改进。框架式设计使得陀螺的驱动模态和检测模态解耦;静电力驱动外框使得陀螺进入初始谐振模态;通过内部质量块和固定电极组成的差分敏感电容对的电容极板交叠面积的变化来检测输入的角速度信号;变面积的检测方法消除了变间距检测电容变化的非线性。陀螺的驱动模态和检测运动模态都在平面内运动,因此工作阻尼以滑模阻尼为主,从而使得器件在常压下也具有较高的品质因子。深反应离子刻蚀获得了大的可动质量块,也使得弹性梁在Y方向和Z方向上有较大的弹性系数,从而降低交叉耦合并获得了较高的吸合电压。改进后的工艺过程降低了深反应离子刻蚀过程中的根部效应对器件的损伤,并同时使得质量块质量增加了50%。对原型器件的驱动和检测特性以及功能结果进行了测试,并给出了测试结果。 展开更多
关键词 微机械陀螺 体硅微机械加工 电容敏感 深反应离子刻蚀 根部效应
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采用DDSOG工艺加工Z轴微机械陀螺仪实验 被引量:3
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作者 何晓磊 苏岩 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第4期545-548,共4页
从理论上分析了Z轴微机械陀螺仪结构的工作机理,比较了体硅薄片融解工艺和DDSOG工艺的优缺点.介绍了采用DDSOG工艺加工的Z轴微机械振动陀螺的特点,并与采用体硅薄片融解工艺加工的相同Z轴微机械振动陀螺进行了残余应力、品质因数及灵敏... 从理论上分析了Z轴微机械陀螺仪结构的工作机理,比较了体硅薄片融解工艺和DDSOG工艺的优缺点.介绍了采用DDSOG工艺加工的Z轴微机械振动陀螺的特点,并与采用体硅薄片融解工艺加工的相同Z轴微机械振动陀螺进行了残余应力、品质因数及灵敏度等性能参数的比较,采用DDSOG工艺后陀螺的驱动品质因数是原来体硅薄片融解工艺的1.45倍,而检测品质因数是原来的0.11倍.最后,比较了采用2种不同工艺加工后Z轴微机械陀螺的实验结果,结果表明采用DDSOG工艺加工后陀螺的灵敏度比原来采用体硅薄片融解工艺加工的陀螺的灵敏度提高了近10倍. 展开更多
关键词 体硅薄片融解工艺 DDSOG 灵敏度 微机械陀螺仪
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新型摇摆质量微陀螺的设计与制作(英文)
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作者 王雄 肖定邦 +3 位作者 周泽龙 陈志华 吴学忠 李圣怡 《纳米技术与精密工程》 EI CAS CSCD 2011年第5期412-416,共5页
首先介绍了两种结构完全对称的高灵敏度的摇摆质量陀螺.设计并制作了一种对角驱动的新型摇摆质量微陀螺.利用硅的各向异性湿法腐蚀等MEMS体加工技术,简化了该微陀螺的制作工艺.该微结构的对称性、一致性和加工精度有很大改善,尤其是振... 首先介绍了两种结构完全对称的高灵敏度的摇摆质量陀螺.设计并制作了一种对角驱动的新型摇摆质量微陀螺.利用硅的各向异性湿法腐蚀等MEMS体加工技术,简化了该微陀螺的制作工艺.该微结构的对称性、一致性和加工精度有很大改善,尤其是振动梁、激励部件和敏感部件等关键部件.详细阐述了该微陀螺的工作原理和结构设计,完成了微陀螺关键部件的制作和样机组装.利用NF公司的FRA 5087频率响应分析仪测试了样机大气下的振动模态,其中驱动频率为5.563 2 kHz,检测频率为5.553 4 kHz,频差为9.8 Hz,小于0.2%.利用频谱分析的方法测试了样机的哥氏力.测试结果表明这种摇摆质量微陀螺的设计与制作方法是可行的. 展开更多
关键词 摇摆质量陀螺 微陀螺 体微加工 各向异性湿法腐蚀
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Fabrication and characterization of an SOI MEMS gyroscope
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作者 钟卫威 韩国威 +2 位作者 司朝伟 宁谨 杨富华 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2013年第6期58-62,共5页
This paper presents an SOI(silicon on insulator) MEMS(micro-electro-mechanical systems) vibratory gyroscope that was fabricated using bulk micromachining processes.In the gyroscope architecture,a frame structure t... This paper presents an SOI(silicon on insulator) MEMS(micro-electro-mechanical systems) vibratory gyroscope that was fabricated using bulk micromachining processes.In the gyroscope architecture,a frame structure that nests the proof mass is used to decouple the drive motion and sense motion.This approach ensures that the drive motion is well aligned with the designed drive axis,and minimizes the actual drive motion component along the sense detection axis.The thickness of the structural layer of the device is 100μm,which induces a high elastic stiffness in the thickness direction,so it can suppress the high-order out-of-plane resonant modes to reduce deviation.In addition,the dynamics of the gyroscope indicate that higher driving mass brings about higher sensing displacements.The thick structural layer can improve the output of the device by offering a sufficient mass weight and large sensing capacitance.The preliminary test results of the vacuum packaged device under atmospheric pressure will be provided.The scale factor is 1.316×10^-4 V/(deg/s),the scale factor nonlinearity and asymmetry are 1.87%and 0.36%,the zero-rate offset is 7.74×10^4 V,and the zero-rate stability is 404 deg/h,respectively. 展开更多
关键词 SOI MEMS vibratory gyroscope bulk micromachining processes decoupled gyroscope ICP
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