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不同电极数石英谐振器集群力敏特性分析 被引量:4
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作者 田文杰 陈福彬 +1 位作者 佟盟 冯洁 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期516-523,共8页
为了提高石英力敏谐振器的力-频转换系数,根据石英晶体压电效应及各向异性特性,利用Matlab数值计算方法,研究了径向力作用时AT切石英晶体薄圆片内各点的应力分布特点,设计了不同基频及不同电极数的石英力敏谐振器集群,并对其力敏特性进... 为了提高石英力敏谐振器的力-频转换系数,根据石英晶体压电效应及各向异性特性,利用Matlab数值计算方法,研究了径向力作用时AT切石英晶体薄圆片内各点的应力分布特点,设计了不同基频及不同电极数的石英力敏谐振器集群,并对其力敏特性进行了测试。结果表明:谐振器的力敏特性与谐振器的谐振频率、电极位置及力作用方位有关;集成于同一晶体基片不同位置的谐振器谐振频率作差频处理,得到的差频信号仍具有显著的力敏特性,同时差频信号中材料自身干扰因素的影响得到了抑制;在非耦合状态下,同一晶体基片上电极集成数越多,差频组合形式越多,得到的叠加信号的力敏特性越显著;经差频及叠加处理,集成式石英六电极谐振器的力-频转换系数可达8655.8 Hz/N。这种结构的力敏谐振器可用于高稳定的数字式力传感器及相关姿态检测控制系统。 展开更多
关键词 石英力敏谐振器集群 力敏特性 数值计算 应力分布 姿态检测
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薄膜体声波谐振器的力敏特性研究(英文) 被引量:1
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作者 何婉婧 高杨 +1 位作者 李君儒 黄振华 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期97-102,共6页
薄膜体声波谐振器(FBAR)力传感器作为一种新型的谐振式传感器,力敏特性是其设计原理。以FBAR微加速度计为例研究了工作在纵波模式,采用具有纤锌矿结构的AlN作为压电薄膜的FBAR,施加应力载荷后,其弹性常数改变导致FBAR谐振频率偏移的力... 薄膜体声波谐振器(FBAR)力传感器作为一种新型的谐振式传感器,力敏特性是其设计原理。以FBAR微加速度计为例研究了工作在纵波模式,采用具有纤锌矿结构的AlN作为压电薄膜的FBAR,施加应力载荷后,其弹性常数改变导致FBAR谐振频率偏移的力敏特性。首先,采用有限元(FEA)静力学仿真,得到惯性力载荷作用下集成在硅微悬臂梁上的压电薄膜的应力分布;选取最大应力值作为载荷,基于第一性原理计算纤锌矿AlN的弹性系数与应力的关系式,预测惯性力载荷作用下AlN弹性系数的最大变化量。其次,采用谐响应分析,对比空载和不同惯性力载荷作用下FBAR微加速度计的谐振频率和偏移特性,预测FBAR微加速度计的加速度-谐振频率偏移特性。最后仿真分析得到:惯性力载荷作用下,FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移,灵敏度约为数kHz/g;其加速度增量-谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。 展开更多
关键词 微电子机械系统 薄膜体声波谐振器 力敏特性 谐振频率偏移
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薄膜体声波谐振器微加速度计惯性力敏特性 被引量:1
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作者 何婉婧 高杨 +2 位作者 李君儒 黄振华 蔡洵 《太赫兹科学与电子信息学报》 2015年第2期337-341,共5页
研究了由硅微质量块-悬臂梁惯性力敏结构和氮化铝(Al N)薄膜体声波谐振器(FBAR)检测元件集成的FBAR微加速度计表头的惯性力敏特性。采用有限元(FEA)静力学仿真,得到惯性力载荷作用下硅微悬臂梁上的应力分布;选取最大应力值作为载荷,基... 研究了由硅微质量块-悬臂梁惯性力敏结构和氮化铝(Al N)薄膜体声波谐振器(FBAR)检测元件集成的FBAR微加速度计表头的惯性力敏特性。采用有限元(FEA)静力学仿真,得到惯性力载荷作用下硅微悬臂梁上的应力分布;选取最大应力值作为载荷,基于第一性原理计算纤锌矿Al N的弹性系数与应力的关系式,预测惯性力载荷作用下Al N弹性系数的最大变化量;采用谐响应分析,预测FBAR微加速度计的加速度-谐振频率偏移特性。分析得到:惯性力载荷作用下,FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移,灵敏度约为数k Hz/g;其加速度增量-谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。 展开更多
关键词 微电子机械系统 薄膜体声波谐振器 微加速度计 力敏特性
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石英单基多谐振器力敏特性与加力方位的关系
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作者 田文杰 宁永怀 +2 位作者 崔媛媛 鄂然 张福学 《微纳电子技术》 CAS 2007年第7期257-259,共3页
根据石英晶体振动理论及力敏特性,在同一圆形晶体基片上设计制作了多个石英晶体谐振器。采用对径加力的方式,研究了这种石英单基多谐振器的力敏特性与加力方位的关系,并与传统的单基单电极谐振器的力敏特性进行了比较。实验结果表明,同... 根据石英晶体振动理论及力敏特性,在同一圆形晶体基片上设计制作了多个石英晶体谐振器。采用对径加力的方式,研究了这种石英单基多谐振器的力敏特性与加力方位的关系,并与传统的单基单电极谐振器的力敏特性进行了比较。实验结果表明,同一晶体基片上不同位置的谐振器的力敏特性与加力方位密切相关;选择适当的加力方位,可使多电极结构的谐振器的力-频转换系数优于单电极谐振器的力-频转换系数。 展开更多
关键词 石英单基多谐振器 力敏特性 加力方位角
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石英谐振器不同谐振频率的力敏特性研究
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作者 贾瑞皋 冯冠平 《压电与声光》 CSCD 北大核心 1997年第6期385-388,共4页
圆形晶片厚度切变石英谐振器是常用的力敏谐振器。它有固定的设计谐波次数和谐振频率。文章介绍了以设计频率为三次谐波、5MHz的AT-切型谐振器为力敏元件的力传感器在不同电路中分别振动在基频、3次谐波、5次谐波和7次谐波四... 圆形晶片厚度切变石英谐振器是常用的力敏谐振器。它有固定的设计谐波次数和谐振频率。文章介绍了以设计频率为三次谐波、5MHz的AT-切型谐振器为力敏元件的力传感器在不同电路中分别振动在基频、3次谐波、5次谐波和7次谐波四个谐振频率,并对其力敏特性进行了实验研究。分析了用提高谐振频率的方法提高力灵敏度的可行性和局限性。根据石英谐振器振动在不同谐振频率时力灵敏度的温度特性,找到了温度变化时由力灵敏度温度系数造成的测量误差的消除方法,分析比较了这种方法和选取特定施力方位角消除上述误差的方法之间的差别和适用范围,并找到了在一定温度范围内可同时测量力(压力)和温度的石英传感器的设计原理。 展开更多
关键词 石英谐振器 力敏特性 误差 消除方法
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石英晶体谐振器的应力变化及力敏特性的关系
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作者 田文杰 孙有彬 周红云 《北京信息科技大学学报(自然科学版)》 2011年第6期12-16,共5页
将半无限各向异性介质薄片在受集中力时介质内应力的分布结果,延推到薄圆形石英晶体谐振器,得到谐振器在受径向集中力作用时,其频率的相对变化与加力方位角及加力强度的关系,并与电极置于几何中心时谐振器的相对频率变化进行比对。用有... 将半无限各向异性介质薄片在受集中力时介质内应力的分布结果,延推到薄圆形石英晶体谐振器,得到谐振器在受径向集中力作用时,其频率的相对变化与加力方位角及加力强度的关系,并与电极置于几何中心时谐振器的相对频率变化进行比对。用有限元方法对薄圆形石英晶片受径向力作用时不同位置的应力变化进行了分析,并在相应位置蒸镀电极,以形成谐振器,测试了不同位置谐振器的力频敏感特性,结果表明,理论计算及分析值与实验结果基本一致。 展开更多
关键词 石英晶体谐振器 应力变化 力敏特性
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纳米ZnO/PDMS复合薄膜力敏特性研究
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作者 梁华 王自敏 《电子器件》 CAS 北大核心 2018年第2期279-285,共7页
力学敏感单元作为力学传感检测技术的核心单元,力敏传感技术在航空航天、工程设施、医疗、石油开采等生活、生产的各个领域都存在广泛的应用。研究了纳米ZnO/PDMS复合薄膜的制备,以及复合薄膜在加速度计中的应用。以纳米ZnO颗粒为填充粒... 力学敏感单元作为力学传感检测技术的核心单元,力敏传感技术在航空航天、工程设施、医疗、石油开采等生活、生产的各个领域都存在广泛的应用。研究了纳米ZnO/PDMS复合薄膜的制备,以及复合薄膜在加速度计中的应用。以纳米ZnO颗粒为填充粒子,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为聚合物,采用机械共混法制备了纳米ZnO/PDMS复合薄膜,并研究了复合薄膜的制作工艺、微观结构及力敏特性;并循序渐进地设计了复合薄膜在1G加速度内的力敏特性测试。通过测试和计算可得实验中加速度计的灵敏度最大可达到0.484 p F/gn,验证该复合薄膜结构应用到加速度计中的可行性,为基于复合薄膜结构的加速度计力敏效应的验证奠定了理论依据和测试基础。 展开更多
关键词 纳米ZNO 聚二甲基硅氧烷(PDMS) SEM结构分析 力敏特性
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多电极石英力敏谐振器的力敏特性及稳定性研究 被引量:3
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作者 马博 田文杰 +2 位作者 赵庆江 陈福彬 雷欧 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2017年第6期865-868,共4页
在分析石英晶片受力作用时晶片内应力分布的基础上,设计了一种多电极新型石英力敏谐振器及信号处理电路。在室温及大气状态下对设计的力敏谐振器同时进行激励时,各对电极对应的谐振器的力-频特性线性度及频率稳定性良好。将各谐振器的... 在分析石英晶片受力作用时晶片内应力分布的基础上,设计了一种多电极新型石英力敏谐振器及信号处理电路。在室温及大气状态下对设计的力敏谐振器同时进行激励时,各对电极对应的谐振器的力-频特性线性度及频率稳定性良好。将各谐振器的频率互作差频,再作叠加处理后,输出的频率信号的力-频系数达到2 951.8Hz/N,线性相关度为0.999 7,频率稳定性可达10-10数量级。 展开更多
关键词 多电极石英谐振器 力敏特性 频率稳定性
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