高性能双模式压电驱动氮化铝音叉型谐振器

设计并制造了一种面向质量传感器应用的高性能双模式压电驱动音叉型谐振器。测试结果表明,真空中该谐振器扭转振动模式的Q值为9274,面内弯曲振动模式的Q值为11379;空气中两种振动模式的Q值分别为1019和1059,使该谐振器可以灵活应用在不同空气阻尼环境中。通过有限元仿真研究了两种振动模式对音叉结构不同位置和覆盖率的质量负载的灵敏度特性。研究结果表明,扭转振动模式和面内弯曲振动模式分别在质量负载位于振动臂根部和前端时具有最大的灵敏度,因此,可以通过在音叉结构不同位置设置不同敏感膜,从而实现对不同物质实时高灵敏度的在线测量。

一种压电氮化铝双端固支音叉型微谐振器

针对小型化高性能谐振式压力传感器的应用需求,提出一种以压电驱动氮化铝(AlN)双端固支音叉型(DETF)微谐振器为敏感元件的新型压力传感器,并设计加工了其核心元器件.首先,通过理论分析,研究了尺寸参数对谐振器在面内弯曲振动模式下的频率-轴向位移灵敏度及品质因数Q值的影响;同时,讨论了层叠结构和电极驱动方案对谐振器性能的影响,从而确定了谐振器设计参数,进一步采用微机电系统(MEMS)工艺加工了该谐振器并对其性能进行了测试.测试结果表明:在真空度为0.1 Pa的环境下,谐振器的Q值为11039,串联谐振阻抗Rs为6.2 kΩ;在常压环境下,谐振器的Q值为844,R_(s)为44.3 kΩ.两种测试条件下谐振器的性能均优于现有文献报道的同类型谐振器研究结果,为进一步实现高灵敏度、高精度和宽动态响应范围的谐振式压力传感器奠定了良好的基础.最后,采用有限元仿真方法确定了谐振器的频率-轴向位移灵敏度,研究了压力传感器灵敏度与压力敏感隔膜厚度的关系,设计了压力传感器加工流程,从而有望制作出完整的压力传感器芯片.