曲面过载保护的新型高g值冲击硅微机械加速度传感器的设计

给出一种测量高g值冲击加速度的硅微机械加速度传感器的结构和动力学模型 ,此传感器为整体式悬臂梁结构 ,采用硅微机械加工技术制作 ,便于封装和大批量低成本制造。其敏感方向在硅片平面内 ,两个压敏电阻分布在悬臂梁的顶端 ,两个完全相同的悬臂梁沿相反方向分布 ,四个压敏电阻构成惠斯通全桥连接 ;悬臂梁的过载保护采用上下两个曲面 ,一方面有效地提高悬臂梁的过载保护能力 ,另一方面调节加速度传感器的压膜阻尼 ,使之接近临界阻尼 ,有效抑制自由振动模态 ,提高测量精度。

曲面保护高量程加速度传感器阻尼特性研究

利用有限元模拟方法,对一种高量程MEMS加速度计进行10万g正弦加速度脉冲下的动态冲击响应分析。首先,建立适用于该器件曲面阻尼的分段近似叠加理论模型;随后,采用ANSYS有限元模拟技术分别研究器件阻尼带隙宽度及其阻尼介质特性对器件动态冲击响应特性的影响。器件动态冲击响应实际上是受迫振动与传感器悬臂梁固有频率振动的叠加。当阻尼带隙较小时,输出结果表现为冲击载荷下的受迫振动响应;随着阻尼带隙变宽,悬臂梁固有频率振动渐突显,响应峰值电压也近线性增加,而峰值电压所对应时间则非线性减小。在其它条件相同情况下,阻尼介质粘滞系数越大,响应输出曲线越光滑,但其峰值电压也相应越低。在空气阻尼介质中,过载保护曲面的平移距离控制在0.5～0.65μm范围内,以获取较好的动态响应效果。

新型高量程冲击硅微机械加速度传感器的设计与制造

给出了一种测量高量程冲击加速度的硅微机械加速度传感器的设计和制造方法．加速度传感器采用整体式悬臂梁结构，在硅片平面内设计了两个分布方向相反结构相同的悬臂梁，每个悬臂梁顶端通过硼扩散形成两个压敏电阻，四个压敏电阻构成惠斯通全桥连接．悬臂梁两侧面和过载保护曲面采用DRIE技术加工，过载保护曲面设计成近似于冲击加速度传感器承受最大加速度时悬臂梁弯曲曲面的形状，一方面提高了悬臂梁过载保护能力，另一方面可以调节加速度传感器的工作阻尼至临界阻尼，有效提高了加速度传感器的工作频率带宽．分析和测试结果表明，加速度传感器的灵敏度达到3．024μV／g，工作频率带宽达到O～81kHz，量程达到0～50000g．加速度传感器的性能能够满足测号冲击过程的要求．