微硅高g加速度传感器工艺研究

主要介绍在制作一种压阻式微硅高 g(g =9 8m/s2 ,微重力加速度值 )加速度传感器的过程中 ,所遇到的工艺问题及其解决方法。并较详细地叙述了涉及到的键合 (SDB)、双面光刻及传感器几何图形的精确控制等关键技术。

高低温环境对三轴高g值加速度传感器灵敏度变化影响研究

针对高低温环境对高g值加速度传感器灵敏度影响机理不清的问题,通过建立两端固支的敏感单元数学模型,得到了传感器灵敏度与敏感单元纵向应力、横向应力的关系。通过热-力耦合仿真分析得到了传感器灵敏度与温度间的关系,在-40℃~50℃范围内,传感器灵敏度随温度的增加而减小,且在-40℃~20℃范围内灵敏度变化较快,在20℃~50℃范围内灵敏度变化较慢。通过传感器高低温试验得到高低温环境下传感器灵敏度数据,-40℃条件下灵敏度大小为0.523μV/g;50℃条件下灵敏度大小为0.516μV/g。与仿真结果进行对比,验证了温度变化对传感器灵敏度的影响规律,为提升高g值加速度传感器在高低温环境下测量精度具有理论参考意义。

高g值加速度传感器动态补偿范围研究

针对传感器动态补偿后会放大高频段噪声的问题,提出对高g值加速度传感器动态补偿范围的研究。将高g值加速度传感器采用零极点相消方法进行动态补偿。仿真分析不同频带宽度系统的输出信号与理想输入信号的误差以及输出信号的信噪比。仿真结果表明:信噪比为21 dB时,最佳拓宽频带范围为原工作频带的4~12倍。对动态补偿后的高g值加速度传感器进行动态校准实验。实验结果证明:在最佳拓宽范围内,高g值加速度传感器不仅可以对输入信号无失真传输,同时还可抑制噪声。

高g值微机械加速度传感器的现状与发展

本文对用于侵彻武器和爆炸现场测量的高g值加速度传感器进行了四顾与展望。重点介绍了采用微机械工艺的高g值微加速度传感器。首先分析了目前几种新型压阻式和电容式高g值硅微机械加速度传感器的基本工作原理,主要技术指标和敏感元件的结构特点,讨论了几种用于制作高g值微加速度传感器的新型材料和工艺。最后总结了高g值微机械加速度传感器未来的发展趋势。

高g微阵列式加速度传感器封装研究

当高g微阵列式加速度传感器在受到1.13×105g加速度的冲击作用下,加速度传感器内引线遭到破坏,使加速度计失效。通过试验分析了高g微阵列加速度传感器的封装,在封装外壳和内引线焊接方式上做出了最优的选择,通过试验分析超声波热压焊焊接压力对焊接强度的影响。在超声波焊接机许用的焊接压力范围内,固定其他焊接工艺参数,得到最佳的焊接压力值,使得封装内引线焊接强度达到最佳。通过改进的封装方式加工的微阵列式加速度传感器在ENDEVCO2925设备上进行冲击试验,在1.22×105g加速度的冲击作用下,传感器能正常稳定地工作。

MEMS高g加速度传感器高过载能力的优化研究

设计的MEMS高g加速度传感器抗高过载能力差,将导致在冲击等恶劣环境中应用时结构易破坏。通过分析传感器结构对其抗过载能力的影响,及在高冲击测试中传感器结构损坏情况的统计,提出了一种新颖的优化高g加速度传感器抗高过载能力的方法。该方法是在结构最易断裂的梁根部和端部添加倒角,以分散在冲击作用下传感器结构这些部位受到的应力,进而提高加速度传感器的高过载能力,并从理论仿真分析了该方法的可行性。最后利用Hopkinson杆测试方法对优化前后的加速度传感器进行冲击测试,测试结果表明,加速度计的抗高过载能力从180 000 g提高到240000 g,说明该优化方法显著,明显提高了该类加速度传感器的抗高过载能力,设计的加速度传感器达到了较理想的抗高过载能力。

高g值加速度传感器的窄脉冲校准理论与方法

针对高g值加速度传感器动态特性校准中遇到的激励窄脉冲的宽度问题,提出了适用于高g值加速度传感器动态特性的窄脉冲校准准则。该准则给出了对不同谐振频率的高g值加速度传感器的动态特性进行校准时,校准所需的激励窄脉冲的最大脉冲宽度与传感器谐振频率的关系。依据该准则设计了窄脉冲校准系统,并对8309型高g值加速度传感器进行了校准实验。实验结果表明,该准则对于高g值加速度传感器频率响应特性的校准是有效的,按照该准则所定脉宽的脉冲能够激起被较准的高g值加速度传感器的各阶谐振频率。

高g值加速度传感器激光绝对法冲击校准技术研究

在详细分析反射式激光多普勒原理的基础上,研究了高g值加速度传感器的冲击校准方法。该方法利用Hopkinson杆作为加载手段,利用差动式激光多普勒干涉仪来绝对复现冲击加速度的量值。针对高g值压阻加速度传感器SIMIT-AYZ-60k进行了一系列的校准试验,利用积分运算法和最小二乘法的组合从准动态条件下的校准数据得到了准静态条件下的传感器冲击灵敏度。试验表明,这种方法实现了利用脉宽有限的激励脉冲对固有频率在20 kHz以上的高g值加速度传感器的校准,校准的不确定度可以满足冲击测试的工程需求。

MEMS高G值加速度传感器设计

针对特殊场合的测试需求,设计了四端全固支的高g值梁岛结构加速度传感器,结构中采用在质量块背部KOH腐蚀的方法,减轻质量块质量,且减小质量块质心与梁中心面的相对距离。利用力学计算与工艺相结合,确定了结构尺寸;通过Ansys软件对其进行应力分析、模态分析,得到了结构的输出灵敏度与一阶固有频率;最后利用瞬态分析验证了该结构能够承受20,000g的瞬态冲击,符合设计要求。

MEMS高g加速度传感器固有频率的优化及验证

由于设计的MEMS高g加速度传感器固有频率低,导致测试过程中出现谐振现象。本文分析了传感器的特殊结构参数对固有频率的影响,提出了一种优化固有频率的方法。该方法通过减小质量块质量和优化梁厚度与长度的比例来调整传感器的固有频率,并通过理论仿真验证了该结构的固有频率从330 kHz提高到550 kHz,然后利用动态测试系统对优化前后的高g加速度传感器分别在20 000gn和150 000gn作用下测试输出信号。实验表明该优化方法提高了该类传感器结构的固有频率,明显消除了测试中的谐振现象。

MEMS高g加速度传感器封装热应力的研究

封装热应力是导致MEMS器件失效的主要原因之一,本文设计了一种MEMS高g加速度传感器,并仿真研究了传感器在封装过程中的热应力及影响其大小的因素。根据封装工艺,建立设计的高g加速度传感器封装的有限元模型,利用AN-SYS软件仿真传感器在不同的贴片工艺中受到的热应力及影响热应力的因素。结果显示,在封装中,与直接贴片到管壳底部相比,MEMS高g加速度传感器芯片底面键合高硼硅玻璃后再贴片到管壳底部时,封装热应力可从135MPa降低到33MPa;在贴片工艺中,基板的热膨胀系数和贴片胶的弹性模量、热膨胀系数及厚度是影响封装热应力的主要因素;在健合工艺中,基板和键合温度主要影响到热应力的大小。

硅微振梁式加速度传感器中微杠杆结构的设计

提出了一种采用微杠杆结构进行惯性力放大的硅微振梁式加速度传感器结构,阐述了其工作机理.在此基础上,讨论了两种不同的支点形式,分别推导了这两种结构形式的放大倍数计算公式,发现I型支点形式的放大倍数略高于II型支点,并采用有限元方法进行了仿真;分析了支点刚度以及输出轴刚度对放大倍数的影响;提出了微杠杆结构设计的原则.

一种压阻式三轴高g值加速度传感器的冲击校准

介绍了基于Hopkinson杆技术的激光光栅干涉法这种冲击加速度计的绝对校准方法,给出了加速度传感器灵敏度系数的两种标定公式。使用Hopkinson杆在约12000gn的加速度水平下应用上述校准方法对一种三轴压阻式高冲击微型加速度传感器的灵敏度进行了冲击校准。通过对校准结果的分析比较了两种灵敏度标定公式的优缺点,并对传感器的横向响应作了讨论。

扭摆式微硅隧道加速度传感器

本文介绍了扭摆式隧道加速度传感器的结构、工作原理、简化的力学模型 ,设计了版图、工艺流程及关键工艺 ,并制备出样品 。

高g微阵列加速度传感器的电气互联研究

设计高g微阵列传感器在受到150000gn加速度冲击作用下,它的电气性能良好。通过对改进封装后加速度传感器引线拉伸试验数据进行分析,利用模糊优化理论优点对试验数据进行模糊计算,得出最佳的精确焊接工艺参数。对不同工艺参数的传感器样品在霍普金森杆上进行冲击破坏试验,实验结果表明,在148000gn加速度冲击作用冲击下,传感器仍能正常工作,基本满足设计要求。

高g值加速度传感器的标定

利用Hopkinson压杆装置,采用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行了标定,并给出了加速度传感器灵敏度系数的标定公式。实验结果表明,本文中研制的利用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行标定的实验装置可满足标定的精度要求,而且整个校准系统结构简单,易于操作。

硅微加速度传感器的现状及研究方向

综述了典型的硅微加速度传感器的原理、结构和特性，分析了硅微加速度传感器中的几项关键技术和研究方向。

基于双弹头Hopkinson杆的高g值加速度传感器的动态线性分析

分析了高g值加速度传感器动态线性的测试原理并对双弹头Hopkinson杆的可靠性进行了验证;同时利用双弹头Hopkinson杆激光干涉冲击试验装置测量了高g值加速度传感器的动态线性。该方法是将双弹头Hopkinson杆作为冲击加速度发生器,用双膛冲击发生器发射两个子弹(分别为内、外弹),当两子弹分别单独与双弹头Hopkinson杆相撞时,通过控制冲击加速度发生器,使产生的加速度脉冲频率相同且峰值分别为a外、a内,测得加速度传感器对应输出加速度峰值分别记为A外、A内;保持相同的发射条件,当内外弹同时与Hopkinson杆相撞时,使两子弹作用于细杆上的冲击加速度脉冲的频率相同且峰值仍分别为a外、a内;根据应力波叠加原理,则叠加后产生的加速度峰值为a总=a外+a内,测得加速度传感器对应输出的加速度峰值记为A总;从而可以求出ΔY=(A外+A内)-A总,通过分析ΔY是否在所要求的范围内来说明被测加速度计的动态线性。

悬臂梁式硅微加速度传感器的设计仿真

文章利用ANSYS软件对悬臂梁式硅微加速度传感器敏感芯片进行了设计仿真,给出了一种能满足:量程50g,精度10-3要求的硅微加速度传感器的结构,并对加工时可能引入的工艺误差所带来的影响进行了讨论。

基于改进遗传神经网络的微硅加速度传感器动态补偿研究

比较遗传算法与神经网络的特点 ,并对将遗传算法用于函数连接型神经网络 (FLNN)的优点进行了研究 .对遗传算法的编码方法、交换和变异操作做了改进 ,提出了一种融合改进遗传算法的FLNN用于微硅加速度传感器动态性能补偿的新方法 .该方法不依赖于传感器的动态模型 ,可根据传感器的动态响应数据 ,建立补偿模型 ,采用改进遗传神经网络搜索和优化补偿模型参数 ,既保留了遗传算法的全局搜索能力 ,又具有神经网络的鲁棒性和自学习能力 .介绍补偿原理及算法 ,给出动态补偿网络的数学模型 .结果表明 ,该补偿方法能克服FLNN收敛速度慢、容易陷入局部极小的缺陷 ,具有网络训练速度快、实时性好、良好的全局搜索能力、精度高。