河北美泰电子科技有限公司申报国家重点研发计划获准立项

2016年3月科技部发布了国家重点研发计划＂重大科学仪器设备开发＂重点专项2016年度项目申报指南。河北美泰电子科技有限公司对照指南要求,结合我公司产品研究基础和未来发展,申报了＂高精度电子流量/压力控制部件开发及应用＂项目。通过积极准备,

信息时代背景下电子制造业生产过程质量管理的研究

伴随着我国现代企业的发展逐步走向成熟化,各行业领域之间的生产产品质量成为企业在市场上占据有利地位的重要因素,企业竞争逐步走向白热化。在电子制造业领域有效的质量管理模式,能够推动现代企业向着更加持续化的方向发展,尤其是在现今竞争激烈的环境下进行信息化的转型改革已经成为电子制造业的重要举措,推动质量管理的精益化和信息化十分重要,本篇文章主要阐述了电子制造业的发展建设背景以及现阶段存在的问题,同时对我国电子制造业发挥信息化质量管理的要素进行了分析,并提出了相应措施,以期能够推动电子企业产品生产过程质量控制的品质。

一种振动测量用电容式硅基MEMS加速度计

为了解决目前微电子机械系统(MEMS)加速度计在振动测量领域量程小和振动测量精度低等问题,基于绝缘体上硅(SOI)加工工艺,设计并制作了一款梳齿电容式MEMS加速度计。通过提高工作模态频率和干扰模态频差,提升了加速度计振动环境适应性;加速度计量程达到±50g,非线性度0.2%,横向灵敏度0.17%,分辨率优于0.5mg,体积9 mm×9 mm×2.7 mm,功率损耗30 mW。针对随机振动环境对加速度计的输出精度进行了实验验证,结果表明,MEMS加速度计与标准传感器的输出误差为2.69%,能够满足大部分工程应用需求。

电动汽车热泵空调系统用MEMS压力温度传感器

基于硅压阻效应,利用微电子机械系统(MEMS)技术,研制了一种可用于新能源电动汽车热泵空调系统的激光焊金属密封结构的高可靠MEMS压力温度传感器。采用有限元软件ANSYS对传感器芯片结构进行了应力仿真分析,芯片敏感膜采用线性好、工艺简单、成本低的平膜结构。结合MEMS加工工艺,利用低温硅-硅键合技术、硅通孔(TSV)技术实现了压敏电阻的芯片级介质隔离。设计了传感器的全金属密封结构,搭建了汽车热管理核心热泵空调系统台架,并进行了长期可靠性验证。结果表明,该传感器的基本性能良好,全温区(-40~135℃)传感器压力精度<0.3%FS,可长期应用于新能源电动汽车热管理核心热泵空调系统。

基于MEMS加速度传感器的行星齿轮箱故障诊断技术研究

行星齿轮箱广泛应用于直升机、风力涡轮机和重型工业机械的传动系统中。由于结构复杂的行星齿轮箱在系统中的作用非常重要,一旦发生故障可能导致整套系统停摆,造成重大经济损失,实时监测行星齿轮箱状态的必要性日益受到关注。因为行星齿轮箱载荷变化引起齿轮啮合激励的变化,同时信号的传递路径也较长,导致使用传统方式安装在机器箱体上的加速度传感器在行星齿轮箱故障诊断方面的准确性较低。随着低成本、低功耗MEMS技术的发展,MEMS加速度传感器可以直接安装在转轴上,这种测量方式可以直接测量激励源,获得高质量的数据,更准确地评估旋转机械的动态特性。本文研究了安装在行星齿轮箱低速输入轴转子上的MEMS加速度传感器的信号特性,并结合VMD算法对数据进行分解,研究结果表明:通过研究转子上加速度传感器信号频谱特征频率,可以准确地识别行星齿轮箱的不同故障,为行星齿轮箱的初级故障诊断提供一种可靠且低成本的方案。

芯片粘接对MEMS加速度计性能影响分析

研究了一种针对微电子机械系统(MEMS)变电容间隙式加速度计芯片粘接应力对零位输出影响的分析方法。通过建立加速度计的数学解析模型,从理论上推导出了电容变化量与间隙变化量的关系式。然后对影响间隙变化量的粘接应力进行了分析,得到了影响粘接应力的因素,并选取关键影响因素(粘结胶点直径)进行仿真分析。为了验证降低加速度计零位输出随温度变化的改进思路,分别装配了0.9 mm直径胶点和1.5 mm直径胶点粘接的加速度计进行了实验。实验结果表明,改进封装方案有效,采用直径0.9 mm胶点方案使零位输出变化量降低了75%。

集成ASIC补偿电路的高温动态MEMS压力传感器

随着工业技术的进步,高温高动态压力传感器的应用需求显著增加。提出一种集成专用补偿电路的高动态硅压阻式微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)压力传感器,进行压力敏感芯片的结构设计和加工工艺设计,并对压力传感器进行封装和温度补偿电路设计。多层绝缘体上硅(Silicon On Insulator,SOI)材料能够使传感器在高温环境下正常工作。无引线的封装方式可有效提升传感器的频响性能。传感器后端集成了桥阻式专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC),能够显著减小传感器的体积,同时提升传感器整体性能。该MEMS传感器通过自动压力测试系统进行性能试验,结果表明MEMS压力传感器经过补偿后能够实现较高的线性度、稳定的零点输出特性以及理想的动态输出特性。

一种应用于低成本动中通天线的组合导航算法设计

卫星/微机电惯性组合导航系统具有体积小、成本低等优点,可以为动中通天线提供位置、速度以及姿态信息,然而其无法依靠自身完成航向初始化,除此之外在静态场景下由于航向可观测性较差,面临航向发散的问题。结合动中通天线的特征,设计并开发了一种应用于动中通天线的组合导航算法。通过该算法得到的跑车测试结果北向、东向以及天向的位置信息精度分别为2.1 m、1.9 m及1.7 m,北向、东向以及天向的速度精度分别为0.05 m/s、0.05 m/s、0.04 m/s,横滚角、俯仰角、航向角精度依次为0.05°、0.08°、0.11°。长时间的摇摆台测试结果表明采用该方案场强跟踪信号强度均值为8.93 dBW,信号跟踪平稳。

道阻且长,行则将至

此次参加Sensor Shenzhen 2023展会,河北美泰重点向汽车领域和工业领域推出惯性的器件以及压力器件新产品。高精度定位模块是美泰第一款涉足汽车领域的产品,之前高精度光纤陀螺价格高达几十万元,没有在车上具备量产条件,而MEMS器件具有体积小、价格低、批量化的优势,缺点相比光纤陀螺来说是精度比较低。2017年,美泰和车厂合作推出了用于汽车定位的惯性产品,逐渐演化成现在的组合导航系统,里边集成了天线,同时融合了车辆的行驶数据以及六轴IMU器件。在2020年,产品出货迎来爆发期,截至2022年,美泰的这款六轴IMU出货量已经达到上百万。

GNSS/INS组合导航算法设计及仿真系统实现

GNSS/INS具有良好的互补性,其中INS提供预测信息,GNSS提供量测更新信息从而实现优势互补。在实际应用中,需要通过大量的测试来对卡尔曼滤波的数学模型及其参数进行优化,然而在弹载、机载、航空等领域实际的测试需要耗费大量的人力财力,因此需要搭建仿真系统验证卡尔曼滤波的性能并且对其进行优化。文章基于MATLAB可视化平台设计并搭建了GNSS/INS仿真平台,该平台可以仿真车载、弹载等应用场景,并且可以评估不同的滤波参数对导航性能及精度的影响。通过与成熟组合导航软件IE进行对比验证了仿真平台的正确性。

MEMS惯性传感器现状与发展趋势

自上世纪90年代以来,针对MEMS惯性器件的研究越来越多,MEMS惯性传感器开始得到广泛的商业应用。本文对部分MEMS惯性传感器国内外的新近研究成果进行了分类与归纳,分别对MEMS加速度计、MEMS陀螺仪和微惯性测量组合以及惯性微系统进行了研究与分析。对MEMS惯性传感器发展趋势进行了初步推断,认为未来MEMS惯性传感器的发展主要有四个方向:高精度,以满足日益精细化、智能化的应用需求;微型化,以实现便携、分布式应用要求;高集成度,以完成多种功能高密度组合;适应性强,以适应复杂应用环境,拓宽应用范围。

高抗振双质量块硅微陀螺仪

设计并制备了一种高抗振双质量块硅微陀螺仪。阐述了双质量块陀螺仪的工作原理,分析了陀螺仪抗振性能较差的原因。在此基础上,采用差分梳齿电容检测结构和双质量块耦合结构对陀螺仪敏感结构进行了优化,通过抑制线振动共模干扰信号、提高工作模态频率、隔离干扰模态频率,提高了陀螺仪的抗振性能。利用绝缘体上硅(SOI)体硅加工工艺和圆片级气密封装技术实现了陀螺仪芯片的加工,采用无引脚芯片载体(LCC)封装实现了陀螺仪的立体集成封装。封装后陀螺仪整体尺寸为9.0 mm×9.0 mm×2.8 mm,功耗为125 mW,质量为0.9 g。测试了陀螺仪的典型性能参数,陀螺仪量程达到±500°/s,角度随机游走为0.036°√h,随机振动实验中零偏稳定性和零偏差分别为2°/h和2.7°/h,能够满足大部分工程应用需求。

应用于MEMS惯性器件的高精度Σ-Δ调制器

为了实现微电子机械系统(MEMS)惯性器件的高精度数字化输出,设计了一款单环5阶Σ-Δ调制器。利用Matlab在系统级完成了Σ-Δ调制器的结构设计,确定调制器为带有零点优化的级联积分器前馈(CIFF)结构,并在Simulink中完成了调制器非理想模型的建立。在电路设计时,调制器整体采用全差分的开关电容电路来实现。为了降低整体调制器的噪声,在第1级积分器中加入了斩波稳定模块,并采用了具有低回踢噪声的动态比较器作为一位量化器。本设计在0.18μm BCD工艺下实现,工作电压为5 V、采样频率为500 kHz、过采样率为128时,调制器的功耗约为4.25 mW,有效位数为19.06 bit。

冲击测量应用中MEMS加速度计趋势项去除方法研究

由于MEMS加速度计具有对超低频加速度的幅频响应敏感的特性,在冲击信号测量应用中,MEMS加速度计测量的冲击信号会出现低频趋势项,使冲击速度和位移分析结果严重失真。本文基于实例研究了经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)、自适应噪声集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adapitive Noise,CEEMDAN)和变分模态分解(Variational Mode Decompostion,VMD)提取趋势项和重构冲击信号的工程应用方法。研究结果表明:对比EMD和CEEMDAN方法,在使用MEMS加速度计的冲击测量系统中采用VMD进行趋势项信号去除更为有效,固有模态函数不会产生模态混叠,可以准确还原冲击信号。

采用基片集成波导技术的毫米波MEMS环行器

设计并制备了一款毫米波的微机电系统(MEMS)环行器。该毫米波MEMS环行器芯片采用高阻硅作为衬底,利用基片集成波导(SIW)技术,基于硅基MEMS工艺,采用低损耗金属化技术,实现了硅通孔金属化的制备。采用三维电磁仿真软件进行模拟,设计了该毫米波MEMS环行器的结构以及SIW与微带线的过渡匹配,并在此基础上优化设计了一套通用的制备毫米波MEMS环行器的工艺流程。并对制备的毫米波MEMS环行器进行了性能测试。结果表明,该环行器的频率范围为24~28 GHz,频带内插入损耗≤0.5 dB,隔离度≥17 dB,尺寸仅为5 mm×5 mm×2.5 mm,能够满足大部分应用需求。