谐振式硅微结构传感器综合测试分析仪

提出了一种谐振式硅微结构传感器综合测试分析仪器,用于微机械谐振式传感器各关键环节的测试、分析与评估。主要解决测试对象特性模型、微弱信号处理、测试数据分析评估等问题,并将有关理论和技术集成为一台模块化的、具一定开放性的测试仪器。该测试仪器对于深入掌握谐振式硅微结构传感器谐振子和闭环系统的特性和优化方法,实现高性能微传感器具有重要意义。

热激励谐振式硅微结构压力传感器闭环系统

讨论了一种热激励谐振式硅微结构压力传感器闭环系统。该谐振式硅微结构压力传感器以方形硅膜片作为一次敏感元件 ;硅梁作为二次敏感元件。在硅梁谐振子的中部设置一电阻 ,作为热激励单元 ;在梁的根部设置一压敏电阻 ,作为拾振单元。基于该谐振式硅微结构压力传感器敏感机理 ,分析了信号的相互转换 ,给出了传感器闭环系统实现的条件。

热激励谐振式硅微结构压力传感器

对一种以方形硅膜片作为一次敏感元件 ,硅梁作为二次敏感元件的热激励硅谐振式压力微传感器进行了较系统的研究 :建立了微传感器敏感结构的工程用数学模型 ;以所建立的模型实际设计了敏感结构参数 :方形膜边长 4 mm,膜厚 0 .1 mm,梁谐振子长 1 .3mm,宽 0 .0 8mm ,厚 0 .0 0 7mm ;采用微机械加工工艺加工出了原理样件 ;采用电热激励。

热激励谐振式硅微结构压力传感器

针对一种以矩形硅膜片为一次敏感元件、硅梁谐振子为二次敏感元件采用电阻热激励、压敏电阻拾振的谐振式压力微传感器 ,简述了其工作机理 ;从谐振式硅微传感器整体优化设计、闭环系统优化设计、微弱信号检测、敏感元件工艺实践。

热激励硅谐振式微结构压力传感器若干关键参数设计

针对一种以方形硅膜片为一次敏感元件、硅梁为二次谐振敏感元件的热激励硅微结构压力传感器的实际结构,分析了其工作机理和产生热特性的机制.给出了考虑热特性情况时的传感器的被测压力与输出频率的特性方程;给出了传感器稳定可靠工作的条件;给出了梁谐振子的几何结构参数和激励、拾振电阻几何参数选择与位置设置的原则.

硅谐振式压力传感器敏感结构设计与仿真

根据双端固支梁的谐振频率求解,以及方形膜片在压力下形变和应力的理论分析,设计了一个基于梁-膜结构硅谐振式压力传感器敏感结构的模型。对该模型进行ANSYS仿真,得到它在1个大气压下的总形变和应力分布,以及前六阶的振动模态。比较方形膜片和长方形膜片下敏感结构的仿真结果,得出相同面积下长方形膜片的灵敏度更高,检测时非线性误差更小。通过对不同厚度硅梁与硅膜下敏感结构的仿真,最终设定硅膜与硅梁的厚度分别为50μm和10μm。该传感器主要用于航空仪器仪表中对大气压的高精度检测。

基于昆虫振动感受器的谐振式硅微机械压力传感器结构设计

针对谐振式硅微机械压力传感器输出信号十分微弱、检测难度大的问题,从结构设计的角度分析了相应的解决方法。将对昆虫孔缝结构振动感受器的研究与谐振式微机械压力传感器的设计相结合,提出在谐振敏感结构中引入孔缝结构,通过孔缝应力集中效应提高检测信号的强度,实现传感器检测性能的提高。

一种硅微谐振式压力传感器的敏感膜片设计

根据正方形膜片的变形和应力分布情况,提出了一种硅微谐振式压力传感器敏感膜片的设计方法,设计了两种正方形间接连接式压力敏感膜片.在相同的膜片面积下,新膜片与原有矩形间接连接式压力敏感膜片性能相近,为内部谐振器的多样化提供了基础.最后,就压力敏感膜片的工艺设计进行了探讨,认为采用正方形凸角补偿结构的〈110〉硅岛和采用边长补偿的〈100〉硅岛最适合间接连接式压力敏感膜片.

硅谐振梁式压力传感器模拟计算

本文给出一种硅谐振梁式压力传感器的敏感结构：以２×２ｍｍ２的方形硅膜片直接敏感被测压力，膜片的上表面架设有６００×５０×５μｍ３两端固支的硅谐振梁，间接感受压力作用，谐振梁封装在真空腔内。利用谐振梁的固有频率与被测压力的关系进行测量。针对这种谐振敏感结构的特征，建立其数学模型，通过模拟计算，得到若干规律性的结果，给出一组合理的设计参数。

硅谐振微传感器中微弱信号频率的外差式随机共振检测

硅谐振微传感器输出信号的信噪比很低,频率信号往往淹没在噪声之中.论文分析了随机共振系统的功率谱放大率和信噪比特性,提出了外差式随机共振频率检测方法,并将该方法应用于硅谐振微传感器输出信号的频率检测.理论分析和数值仿真结果表明,外差式随机共振能将更多的噪声能量转变为频率信号的能量,通过调节载波信号频率可从共振谱峰的变化中准确测定谐振频率.该方法是可行、有效的.

微机械谐振式硅桥传感器

本文描述了微机械谐振式硅桥传感器的工作原理,硅桥制作过程以及传感器的工作特性。讨论了传感系统的检测灵敏度与光纤头到硅桥表面距离的关系。实验结果表明,激励硅桥谐振的光功率是在10～450μW,探测信号的光功率在300μW时,其系统的信噪比为25～40dβ,它具有重要的实际应用价值。

电化学腐蚀技术在制作硅谐振式微力传感器中的应用

一、引言 微力传感器在微量称重、液体表面张力分析以及生物体微组织力测量等领域具有广阔的应用前景.我国以前自主研制的微力传感器基本上都是采用半导体应变片和扩散硅制成的压阻式传感器,其主要缺点是漂移较大,要实现高精度测量与长期监测较为困难.而谐振式传感器由于具有频率输出、高稳定性和高分辨率等优点,被看作是力敏传感器的发展趋势之一.国外已研制出力、压力、加速度等多种谐振式固态传感器,其中荷兰Twente理工大学研制出一种硅谐振式微力传感器,其量程仅为0～0.4牛顿.该传感器的核心敏感元件是一个6×0.4×0.02mm3的双端固支谐振硅梁,由各向异性腐蚀技术加工而成.

热激励硅谐振式压力传感器温度场的有限元计算

针对一种典型的采用电阻热激励、压敏电阻拾振的压力微传感器的实际结构,利用有限元法系统地对其温度场进行了模拟计算。分析并得出了激励电阻在梁谐振子上位置、长度、宽度变化时;梁谐振子长度、宽度、厚度变化时;以及激、拾振电阻共同作用时,梁谐振子温度场的分布规律。

硅谐振式压力传感器静态特性测试

讨论了一种硅谐振式压力传感器静态特性测试。该传感器采用复合敏感结构，以方形膜片为直接感压元件，谐振梁为谐振敏感元件，采用硅微机械加工工艺制作而成；针对其拾振信号特点，设计了基于锁定放大原理的闭环系统，保证传感器工作时的谐振状态。对真空封装后的2只传感器进行了静态特性测试，比较实验结果可知机械品质因数（Q值）较高的传感器的重复性和综合误差明显优于Q值较低的传感器。

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。

硅谐振式钻井液密度传感器调校方法

传统钻井液密度传感器其变送器大多采用压敏电容式工作原理,存在准确度低、易损坏、易漂移等缺点。该文介绍了一种新型硅谐振式变送器的钻井液密度传感器,能较好克服上述缺点;文章简述了其工作与调校原理;通过对电容式钻井液密度传感器的分析,阐明了硅谐振式钻井液密度传感器在性能上的优点;具体介绍了硅谐振式密度传感器的调校方法与步骤。

硅微机械谐振式传感器起振机理分析

本文描述了激光束与硅桥作用产生的光弹、光热和光生电致张力效应．从基本的光生载流子方程和热扩散方程出发，分析和计算了各效应在桥上产生应力的大小，表明光生电致张力效应是硅桥起振的主要原因．

谐振式MEMS压力传感器的制作及圆片级真空封装

为了提高传感器的品质因数,有效保护谐振器,提出了一种基于绝缘体上硅(SOI)-玻璃阳极键合工艺的谐振式微电子机械系统(MEMS)压力传感器的制作及真空封装方法。该方法采用反应离子深刻蚀技术(DRIE),分别在SOI晶圆的低电阻率器件层和基底层上制作H型谐振梁与压力敏感膜;然后,通过氢氟酸缓冲液腐蚀SOI晶圆的二氧化硅层释放可动结构。最后,利用精密机械加工技术在Pyrex玻璃圆片上制作空腔和电连接通孔,通过硅-玻璃阳极键合实现谐振梁的圆片级真空封装和电连接,成功地将谐振器封装在真空参考腔中。对传感器的性能测试表明:该真空封装方案简单有效,封装气密性良好;传感器在10kPa^110kPa的差分检测灵敏度约为10.66 Hz/hPa,线性相关系数为0.99999 542。

基于SOI-MEMS工艺的谐振式压力传感器研究

提出了一种电磁激励、差分检测的谐振式MEMS压力传感器,该器件采用低电阻率的SOI器件层单晶硅制作"H"型谐振梁,并作为激励和检测电极。根据对传感器数学模型的分析,利用有限元分析方法优化了传感器结构设计。采用等离子深刻蚀制作传感器结构,并用湿法腐蚀SOI二氧化硅层的方法释放。利用硅-玻璃阳极键合技术,实现了传感器的圆片级真空封装。采用开环扫描检测和闭环自激振荡方式,测定压力传感器的特性。实验结果表明:传感器一致性良好,在500 hPa～1 100 hPa的检测范围内,差分检测灵敏度为14.96 Hz/hPa,线性相关系数为0.999 996。

新型差动式集成硅微声传感器

本文提出了一种新颖的可获取差动检测信号的集成化硅微光纤传感器结构。该结构使困难的硅微光纤传感器的装调及封装过程大为简化，能有效的抑制检测过程中的多种干扰。本文详述了该传感器制造过程，并进行了传感器的特性实验。实验表明，采用该集成化结构设计的硅微声传感器，具有高的Ｑ值、高的信噪比及很强的抗干扰能力。