MEMS压电矢量水听器低噪声前置放大电路

等效自噪声是微机电系统(MEMS)压电矢量水听器重要的性能指标,前置放大电路的噪声是其主要来源之一。为降低MEMS压电矢量水听器的自噪声,设计了一种低噪声前置放大电路。采用双JFET并联电路结构,辅以合适的偏置电路,对不同噪声源进行理论分析,优化电路参数,最终实现了噪声性能较优的低噪声前置放大电路的设计与制备。测试结果表明,在MEMS压电矢量水听器的工作频带内,低噪声前置放大电路信号放大无失真,电压增益为43.8d B,等效输入噪声电压谱密度为0.7nV√Hz@1 kHz其噪声性能较国内外同类型的放大电路具有一定优势。

基于MEMS矢量水听器的水下目标方位探测系统设计

本文设计了一种结构、尺寸均适配于微型浮标的小型化水下目标方位探测系统,针对水下固定频率的声目标方位获取进行研究,主要适用于水下目标主、被动双基地探测。测试系统利用微机电系统(MEMS)矢量水听器作为核心传感器,设计现场可编程门阵列(FPGA)读写控制电路,一方面,采集的数据存储于SD卡中;另一方面,则将数据暂存在随机存取存储器(RAM)中,以备数据回传需求。通过驻波管实验证明:搭建的小型化目标方位探测系统稳定可靠,根据其所采数据在有效范围内可以获得目标的方位估计,驻波管内角度误差估计小于2°,误差小且定向准确。

MEMS磁电耦合矢量水声传感器研制

本文提出了一种基于磁电耦合原理和MEMS加工工艺的矢量水声传感器。该矢量水声传感器的MEMS敏感检测单元包括磁电耦合材料、八悬臂梁-中心质量块MEMS元件和永磁铁。采用电荷放大信号处理电路处理敏感检测单元产生的信号。通过对磁电耦合材料、MEMS元件和信号处理电路进行设计,使矢量水声传感器在工作时具有很高的灵敏度。通过声学灌封完成矢量水声传感器的制备,并对矢量水声传感器的性能进行了测试,测试结果表明:该矢量水声传感器的接收灵敏度在1 000 Hz时达到-180 dB(0 dB re 1 V/μPa)。

一种用于振动测量的MEMS电磁式加速度计

基于电磁感应原理,设计并制备了一种用于振动测量的微机电系统(MEMS)电磁式加速度计,其具有无源、集成度高、对加工工艺精度要求低及不受温度、湿度影响等优势。首先通过有限元分析软件对加速度计敏感结构及永磁体磁场进行仿真分析,然后利用MEMS微加工工艺制备敏感结构及电磁线圈等主要部件,将加速度计芯片与嵌有永磁体的陶瓷基板进行键合封装。通过敏感结构受到振动并带动线圈相对永磁体发生位移产生电压信号。最后通过振动测试系统对电磁式加速度计的灵敏度、量程、线性度及抗过载能力等动态参量进行评估。实验结果表明,在0~3g量程范围内,加速度计可实现对63~69 Hz频率振动的测量,灵敏度最高为263 mV/g,非线性误差为3.3%,可用于恶劣环境下低g值的振动测量。

粒子群优化算法在MEMS压力传感器电桥电阻计算与零偏补偿中的应用

采用粒子群优化(PSO)算法对微机电系统(MEMS)压力传感器电桥电阻进行了优化设计和验证。基于PSO算法的基本原理,建立电桥参数模型,充分利用冗余的测量数据配置优化条件,通过迭代运算得到了传感器惠斯通电桥电阻数值解,并将其作为零偏补偿的依据。然后根据计算和测试结果进行了零偏补偿,对补偿后结果进行了验证。结果表明,计算输出零偏值与实测输出零偏值之间的相对误差<1%;补偿后传感器的零偏值控制在0.5mV以内,实测零偏满量程误差≤0.1%。研究证明采用该算法模型可有效计算出MEMS压力传感器的电桥电阻参数,基于其计算结果的补偿方案可提升传感器电桥精度。

一种基于压电驱动的扭转式MEMS电场传感器设计与仿真优化

电力传感技术是实现新型电力系统数字化转型的关键,其中电场参量是重要的监测对象之一。提出一种基于压电驱动的扭转式微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)电场传感器。该微机电系统电场传感器的通过驱动结构带动屏蔽电极在感应电极表面周期性振动实现电场的调制测量。其压电驱动结构为4个对称分布的L型压电悬臂梁,屏蔽电极和感应电极为两对交错耦合的梳齿电极构成。接着通过COMSOL仿真软件建立了结构的固体力学-静电耦合模型,计算了敏感结构的谐振频率和振动幅值。结果显示:结构的工作模态下的谐振频率可达到25047 Hz,在3 V的交流驱动电压下屏蔽电极末端位移为85.06μm。进一步通过参数扫描方式对敏感结构的关键参数进行仿真分析。优化了梳齿电极的长度、宽度、间距、个数等参数以及感应电极长度、感应电极宽度、梳齿电极的个数和感应电极间距。最后完成了传感器的测试。测试结果表明:该传感器的灵敏度为3.24 mV/(kV/m),测量误差最大仅为3.75%。

基于MEMS声发射传感器的齿轮故障检测系统

声发射传感器广泛应用于装备实时健康检测,而传统使用的压电陶瓷换能器存在体积大、能耗高、难集成及成本高等问题,因此设计了基于ScAlN的六边形压电薄膜声发射传感器。该传感器的体积为Φ18 mm×6 mm,在40~500 kHz带宽内,其表面波和纵波灵敏度均高于60 dB[Ref.V/(m/s)]。通过匹配层设计和封装后,搭建了齿轮故障检测系统,能有效区分正常齿轮和断齿信号。测试结果表明,基于微机电系统(MEMS)的压电薄膜声发射传感器可同时兼顾高灵敏度和微型化,在齿轮故障诊断方面具有较高的可靠性和准确性。

基于兰姆波压电谐振器的高频低相噪MEMS振荡器仿真研究

发达的现代通信设备对时钟源器件提出了更高的要求,在保障频率信号稳定的同时还需要器件具备可集成、微型化等特点,微机电系统(MEMS)振荡器因其具备这些优势,已逐渐替代传统振荡器,成为电子设备中信号源的常用元器件。该文设计了一种MEMS振荡器并对其进行仿真测试,该振荡器的核心选频器件由Lamb波压电谐振器组成,在应用于振荡电路前,对设计的MEMS谐振器进行了仿真测试,并提出两种优化其寄生模态的方法,所得谐振器的品质因数(Q)为1357.5,串联谐振频率为70.384 MHz。将优化后谐振器应用于振荡电路后,对振荡器输出信号和相位噪声进行测试,结果表明,MEMS振荡器的输出载波频率为70.58 MHz,相位噪声为-64.299 dBc/Hz@1 Hz及-144.209 dBc/Hz@10 kHz。

微机电系统(MEMS)技术的研究与应用

微机电系统是源于微电子加工技术 ,融合了微机械制造、传感、致动及微控制于一体的系统。其特征尺寸极小 ,学科交叉广泛 ;技术研究包括微系统理论、设计建模、微机械加工、微器件集成等多个方面 ;学科分类涵盖了机械、力学、光学、流体、电磁学、生物学等各领域 ,在民品和军品领域有许多热点应用。本文介绍了微机电系统发展概况、微机电系统技术关键、微机电系统有关传感器 ,以及微机电系统热点应用和微机电系统技术的发展前景。

微机电系统(MEMS)技术及发展趋势

主要介绍了微机电系统 (MEMS) (MicroElectroMechanicalSystem)的发展概况、特点、加工技术及其发展趋势。

微机电系统(MEMS)磨损的分形分析

基于M-B分形磨损模型,建立微机电系统(MEMS)表面磨损率与分形维数之间的关系,对MEMS表面的磨损规律与表面特性进行相关分析。结果表明,分形维数对MEMS表面磨损率的影响具有一定的规律性,当分形维数在某一范围时,磨损率随着分形维数的减小而迅速增大;当分形维数为1.5时,磨损率达到最小值。当分形维数一定时,磨损率随着尺度系数、磨损概率常数的增大而增加,随着MEMS材料性能参数的增大而减小。当其它影响参数保持一定时,磨损率随着MEMS表面接触面积的增大而增加。

微机电系统(MEMS)促进测量学发展

本文从纳米、超微角位移测量 ,及力学、声学、医学测量诸方面说明 MEMS促进测量学的发展。通过所举范例 ,可以看出MEMS在各方面促进测量学发展及其深远的科学意义。其中超微角位移测量的构想以往资料未见 。

立体微型器件的微制造技术及其在微机电系统(MEMS)的应用

综述了近年来与微型机电系统（MEMS）相关的材料微制造和微加工技术的最新研究进展.重点介绍了如何利用硅晶片作为微型模具来制备压电陶瓷和热电材料的微型柱状阵列结构和反应烧结碳化硅微型转子等微制造技术,并展望了材料微制造技术在研制微型医疗器件和微型移动能源方面的应用前景.

碳纳米管在微机电系统(MEMS)中的应用研究

碳纳米管研究的不断发展为其与微机电系统(MEMS)的结合提供了可能,这种结合"Top-down"与"Bottom up"的方法是微米/纳米技术的一个发展趋势。介绍了碳纳米管的特性及其在MEMS上的潜在应用,综述了碳纳米管的制备方法以及与MEMS技术的兼容性,列举了目前一些碳纳米管与MEMS结合研究的典型,并对其发展趋势进行了分析。

微机电系统(MEMS)与纳机电系统(NEMS)

微机电系统(MEMS)和纳机电系统(NEMS)是微米/纳米技术的重要组成部分.MEMS已经在产业化道路上不断发展,NEMS还处于基础研究阶段.本文强调了制造技术是微/纳机电系统发展的基础,在简单地介绍了典型的MEMS和NEMS器件和系统后,讨论了MEMS和NEMS发展中的几个问题和MEMS和NEMS的发展前景.

基于MEMS仿生矢量水听器的测距避障声纳系统设计

设计研制了一种基于MEMS仿生矢量水听器的高效、经济的测距系统。该声纳系统采用收发分置的主动工作方式,单片机控制电路作为整个系统的核心部件,具有小体积、低成本、高精度、定向发射、定向接收,不受恶劣天气影响等优势。开展了测距声纳系统设计及集成研究,确定了主动声纳信号的参数和声纳收发装置,完成了软硬件的设计。在室内水池和室外海洋环境中完成了该系统的测试,实验结果表明,该测距声纳系统具有很好的测距功能,测距精度较高,具有广阔的应用前景。

MEMS矢量水听器灵敏度自动测试系统设计

针对微机电系统(MEMS)矢量水听器声压灵敏度测试中出现的测试步骤单一、测试任务繁重且耗时多,同时手动测量存在不确定的操作误差等问题,在分析矢量水听器灵敏度测试原理和测试过程的基础上,采用AD9850,AD8599,PGA205、单片机MK60DN512ZVLQ110等芯片,设计了集成信号激励源、微弱信号检测、调理以及信号采样和传输等模块的矢量水听器灵敏度自动测试装置。该装置将测试现场的仪器"缩小",多模块功能集成,通过与PC上位机连接控制,快速、实时地完成矢量水听器灵敏度测试标定,在节约测试时间的同时,也能快速地完成对水听器的优化改进的验证;此装置体积小、轻便,测试连线简单,方便外场测试,促进MEMS水听器工程化应用。

硅基压电MEMS球形矢量水听器设计

为实现水听器体积微型化,提高其固有频率并保证灵敏度,提出了一种新型无源器件,即基于压电效应的微机电系统(MEMS)一维球形矢量水听器。使用COMSOL软件进行仿真设计,确定器件关键尺寸。采用MEMS工艺加工制得器件并进行测试,结果表明:该水听器灵敏度达到-205 dB(0 dB=1 V/μPa),固有频率可达到1.6 kHz,具有良好的一维指向性。