用于大气数据系统的硅谐振压力传感器

设计了一种用于机载大气数据系统的高精度微机电系统(MEMS)硅谐振压力传感器。采用了多层硅—硅键合技术、阳极键合技术以获得高稳定性的频率信号输出和圆片级真空封装,其具有高精度、高Q值的特点。芯片采用复合谐振梁—膜—硅岛结构作为谐振器部分,以减小面外谐振模态带来的性能影响。测试结果表明:在量程范围为3~130 kPa,温度范围为-55~85℃,该谐振压力传感器的全温全压精度高达0.01%FS。

高精度MEMS硅谐振压力传感器闭环控制系统

硅谐振压力传感器因其数字频率信号输出和高精度的特点,被广泛应用于航空航天、工业控制等领域。硅谐振压力传感器的闭环控制系统决定硅谐振压力传感器的性能指标,系统的稳定性分析和参数优化则是谐振传感器的研究难点。基于系统状态方程从理论上推导了控制策略,提出系统稳定性判定依据。利用Simulink仿真搭建系统模型,并通过电路测试验证。结果表明,在满足稳定性判据的条件下,研制的硅谐振压力传感器基频为42 kHz,品质因数为30 000。在量程范围为3~130 kPa、温度为-55~85℃时,该谐振压力传感器的精度高达0.01%F.S.,实现了恒幅控制与实时频率跟踪。

基于硅谐振压力传感器的开环特性测试

谐振梁是硅谐振传感器的核心部件,其品质最终决定了传感器整体精度等级的高低。论文从硅谐振传感器开环特性的测试结果出发,利用了基于锁相放大器的开环测试系统,对谐振梁的振动特性进行了测量,得到了不同工作温度、不同激励条件下谐振梁的幅频特性曲线-温度曲线,据此分析得出测试结论,为实现闭环自激电路提供可靠依据。

基于硅谐振压力传感器的大气数据系统的实现

详细介绍了Druck RPT 200型硅谐振压力传感器的工作原理,阐述了大气数据系统的结构、建模及硬件实现等研制过程;该系统采用Druck RPT 200型硅谐振压力传感器替代原振动筒式压力传感器测量压力,并采用小型单板计算机作为大气数据系统的嵌入式计算机,实现高度、空速和马赫数等参数的计算,并由显示器实时显示;该大气数据系统体积和重量仅为原系统的1/10,并具有高精度、高分辨率,高稳定性和高重复性的特点。

基于全硅工艺的硅谐振压力传感器设计与制备

硅谐振压力传感器制备工艺包括硅-玻璃工艺和全硅工艺,采用硅-玻璃工艺时,硅材料和玻璃材料热膨胀系数存在差异,会产生热应力。为解决硅材料和玻璃材料热膨胀系数不匹配而产生的热应力,设计一种基于全硅工艺的硅谐振压力传感器。该设计采用全硅工艺制备,其中电极层和敏感膜层集成于一体,密封层实现真空键合,在消除热应力的同时可减小黏接剂带来的应力干扰。采用全硅工艺制备的硅谐振压力传感器能够克服各种应力干扰,使传感器迟滞、重复性等指标得到改善,进而提升综合精度、长期稳定性等指标。全硅工艺还可改善传感器温度系数,可提升传感器温度跟随性指标。传感器最终测试结果显示,其综合精度优于±0.01%F.S.,其余指标如温度系数、迟滞、重复性等均优于基于硅-玻璃工艺的同类产品。

硅微谐振式压力传感器中的单端口静电激励-电容检测方法研究

采用静电激励-电容检测方式的硅微谐振式压力传感器具有温度稳定性好、灵敏度高、功耗低等优点,但同频耦合干扰是限制电容检测精度的主要因素。采用频域分离法可有效地克服同频耦合干扰带来的影响。在研究基于频域分离法的单端口静电激励/电容检测的基础上,提出了单端口静电激励/电容检测方案。

基于多频扫描的硅微谐振压力传感器测试方法

为了对硅微谐振压力传感器进行快速、高精度的开环特性测试,提出了一种基于多频扫描的频率特性测试方法。通过数字电路将多个不同频率的扫频信号叠加作为驱动信号,以实现在整个测试频带范围内高效且高精度的频率特性测试。搭建了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的多频扫描测试系统,采用4个正弦扫频信号叠加进行测试,结果表明:多频扫描测试与稳态扫描测试精度基本一致,但测试效率提高了4倍。多频扫描测试方法在保证测试精度的前提下,显著提高了测试效率,能够更好地满足高Q值传感器及其在批量生产过程中的测试需求。