静电硅微多折叠梁谐振器设计和试验研究

建立了静电硅微多折叠梁谐振器的横向振动模型,得到了多折叠梁的变形方程和该类谐振器谐振频率的解析表达式。用标准体硅微工艺设计加工出两类共4种该类谐振器,通过试验测定其谐振频率,并用ANSYS软件进行了模态分析。结果表明,该类谐振器谐振频率的理论计算值和ANSYS模拟值与实测值间的相对误差均小于2%,验证了该理论模型的正确性。采用多折叠梁谐振器可以实现低频下大振幅的电能-微机械能的转换。

微型硅谐振式压力传感器的研制

利用微电子机械加工技术成功地研制出电热激励、压阻拾振的高精度硅谐振梁式压力传感器。传感器的谐振器的品质因素Q值在真空中大于 10 0 0 0。采用特殊闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性 ,压力测试范围 0～ 40 0kPa ,线性相关系数 0 .9999,测试精度优于 0 .1%FS。

微机电硅谐振器动态建模及同步控制

由于微机电(MEM)硅谐振器高能量输出下的周期性振荡、分岔、混沌等非线性因素,使其振荡频率控制精度有限。针对双端固支梁微机电硅谐振器,提出了一种输出反馈同步控制方法,通过振荡器同步以提高其振荡频率控制性能。首先,对双端固支梁MEM硅谐振器系统结构及非线特性进行了分析,并建立了充分考虑系统非线性特性的动态模型;在此基础上,设计了基于同步误差的输出反馈同步控制器,实现了多MEM硅谐振器同步控制,并使得相应的同步误差渐近收敛到零。最后,通过仿真实验证明了所提出方法的有效性。

Design of a Silicon Beam Resonator for a Novel Gas Sensor

A new silicon beam resonator design for a novel gas sensor based on simultaneous conductivity and mass change measurement is investigated. High selectivity and sensitivity in gas detection can be obtained by measuring the charge-to-mass ratio of gas molecules. Structures of silicon beam resonators are designed, simulated, and optimized. This gas sensor is fabricated using sacrificial layer microelectronmechanical system technology, and the resonant frequency of the microbeam is measured.