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压膜阻尼作用下微机械谐振器动力学分析 被引量:7
1
作者 张琪昌 周凡森 王炜 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2015年第17期124-130,共7页
静电驱动微机械谐振器由于其高频率、低功耗和小型化被广泛应用于工作在空气中和液体中的化学传感器和生物物种传感器中。对于微机械谐振器,作为表面效应的空气阻尼以及三次非线性静电刚度会显著影响器件的动态响应特性。通过压膜阻尼理... 静电驱动微机械谐振器由于其高频率、低功耗和小型化被广泛应用于工作在空气中和液体中的化学传感器和生物物种传感器中。对于微机械谐振器,作为表面效应的空气阻尼以及三次非线性静电刚度会显著影响器件的动态响应特性。通过压膜阻尼理论,探究了双端固支梁在自由振动过程中由于环境压力引起的空气阻尼和三次非线性静电刚度对微梁的运动形态、谐振响应等性能参数的影响,发现了双极板微谐振器振动特性与环境压力以及立方非线性静电刚度的关系。结果表明:环境压力的增加会使微机械谐振器的共振频率增加,振动的幅值以及共振漂移的幅度减小。微机械谐振器在小位移振动时,通过对幅频曲线的分析发现,三次非线性静电刚度会使微机械谐振器表现出或软或硬的非线性特性且不可忽略。 展开更多
关键词 微机械谐振器 压膜阻尼 环境压力
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微机械谐振器的快速测试方法 被引量:1
2
作者 邢维巍 张晓灿 +1 位作者 樊尚春 汤章阳 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期198-201,共4页
为了缩短微机械谐振器的测量时间,提高测量效率。提出了一种针对压阻检测的微谐振器的频率特性测试新方法,该方法利用欧姆鉴相器,积分器和微处理器实现对微弱信号的有效检测。欧姆鉴相器以检测电阻为鉴相器,利用欧姆定律实现参考信号和... 为了缩短微机械谐振器的测量时间,提高测量效率。提出了一种针对压阻检测的微谐振器的频率特性测试新方法,该方法利用欧姆鉴相器,积分器和微处理器实现对微弱信号的有效检测。欧姆鉴相器以检测电阻为鉴相器,利用欧姆定律实现参考信号和被测信号的乘法鉴相运算;通过积分器实现对鉴相结果的积分运算,抑制干扰和噪声;微处理器用于对积分数据的采样并处理。实验结果表明:微谐振器快速测试方法样机的等效输入噪声指标约为槡2.7 nV/Hz,单频率点的测量时间为4 ms,与商用锁相放大器(LIA)相比,测量效率大大提高了。 展开更多
关键词 微机械谐振器 压阻检测 微弱信号检测 互相关检测 信噪比 快速测量
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基于电压约束的微机械谐振器幅-频耦合抑制方法 被引量:2
3
作者 刘恒 郭月圆 张玉 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期189-196,共8页
针对微机械谐振器中存在的幅度-频率耦合带来振动稳定性变差的问题,提出了一种闭环自激控制的直流参考电压约束方法来抑制谐振器振幅。首先,从理论上分析了决定谐振器临界振幅的因素,利用计算机视觉辅助测量方法和高频方波调制方法获得... 针对微机械谐振器中存在的幅度-频率耦合带来振动稳定性变差的问题,提出了一种闭环自激控制的直流参考电压约束方法来抑制谐振器振幅。首先,从理论上分析了决定谐振器临界振幅的因素,利用计算机视觉辅助测量方法和高频方波调制方法获得相关尺寸参数及品质因数计算得到微机械谐振器的临界振幅。然后,提出频谱边带比的振动幅度测试方法实现封装后的振动幅度测试。最后,构建了自激振荡闭环测控电路分析模型,根据临界振幅计算得相应的临界直流参考电压为0.866V。恒温实验测试表明:直流参考电压为0.4 V(小于临界参考电压)时,谐振器能够稳定地保持恒定幅度振动;直流参考电压为1.0 V(大于临界参考电压)时,谐振器振动幅度不恒定,谐振器稳定性变差,所提方法通过确定临界参考电压值,并将直流参考电压约束在临界参考电压以内能有效抑制幅度-频率的耦合。 展开更多
关键词 微机械谐振器 幅度-频率耦合 频谱 边带比 自动增益
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微机械谐振器温度特性分析及频率漂移补偿 被引量:1
4
作者 刘恒 郭月圆 张玉 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期275-281,291,共8页
针对微机械谐振器工作温度的变化导致谐振频率漂移问题,提出了基于RBF神经网络的频率漂移补偿方法。首先理论分析了微机械谐振器的温度特性:在10~90℃范围内,计算得到杨氏模量随温度变化而导致的频率漂移为-1.325Hz/℃,有限元仿真漂移为... 针对微机械谐振器工作温度的变化导致谐振频率漂移问题,提出了基于RBF神经网络的频率漂移补偿方法。首先理论分析了微机械谐振器的温度特性:在10~90℃范围内,计算得到杨氏模量随温度变化而导致的频率漂移为-1.325Hz/℃,有限元仿真漂移为-1.353Hz/℃。其次,以绝对温度、温度变化量、测试频率作为RBF神经网络的输入,恒温箱测试频率为目标值,利用某空间实验仓的样本训练构建了RBF神经网络模型。最后在10~90℃范围内,进行了频率漂移补偿验证,实验结果表明,0.5℃间隔下升温补偿相对误差为7.1 ppm,降温补偿相对误差为4.5 ppm,较“GA+BP”补偿方法,相对误差减少50%以上。证明了所提补偿方法具有较好的适用性。 展开更多
关键词 微机械谐振器 温度特性 频率补偿 神经网络
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微机械谐振器可变锚点结构能量耗散特性分析
5
作者 张厦 张文明 《噪声与振动控制》 CSCD 2015年第5期39-42,共4页
微机械谐振器在振动过程中总会产生能量耗散,并且具有诸如空气阻尼耗散、热弹性阻尼耗散、锚点结构耗散、表面耗散等诸多耗散机制,其中锚点结构耗散是一种主要的能量耗散机制。应用完美匹配层方法,将无限大区域入射波的吸收问题转化到... 微机械谐振器在振动过程中总会产生能量耗散,并且具有诸如空气阻尼耗散、热弹性阻尼耗散、锚点结构耗散、表面耗散等诸多耗散机制,其中锚点结构耗散是一种主要的能量耗散机制。应用完美匹配层方法,将无限大区域入射波的吸收问题转化到有限区域内进行。针对中心支撑圆盘体模态谐振器,设计两种不同的锚点支撑结构,并分别讨论其几何结构的变化对谐振器固有频率和锚点损耗品质因子的影响。结果证明通过调整锚点结构,可以大幅度提高谐振器的锚点耗散品质因子,提高能量的利用效率。 展开更多
关键词 振动与波 微机械谐振器 锚点耗散 完美匹配层 结构优化
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复合腔结构微机械高Q谐振器研究
6
作者 潘武 陈艳 李应良 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2004年第z1期49-53,共5页
设计了一种具有高品质因数和小尺寸的12.12 GHz的新颖复合腔结构的微机械谐振器,获得了相关测试数据.将高介电常数材料填入微机械复合腔结构,解决限制高Q值的介质损耗问题.谐振腔的馈电通过具有2个特征阻抗为50Ω的微带线与耦合缝实现,... 设计了一种具有高品质因数和小尺寸的12.12 GHz的新颖复合腔结构的微机械谐振器,获得了相关测试数据.将高介电常数材料填入微机械复合腔结构,解决限制高Q值的介质损耗问题.谐振腔的馈电通过具有2个特征阻抗为50Ω的微带线与耦合缝实现,通过优化耦合缝位置和微带线参数,提出有利于微小结构的馈电解决方案.利用AnsoftHFSS软件对谐振器的电磁特性参数作了仿真分析.利用标准微细加工工艺在硅片上制造此复合结构谐振器和相关电路,利用键合技术完成结构组装,获得较光滑腔壁,降低损耗和提高谐振器性能.此类谐振器将为现代无线通信系统提供一种低成本、小尺寸以及制造平面型窄带滤波器和双工器的微型化解决方案. 展开更多
关键词 微机械谐振器 复合腔 薄膜微带线 耦合缝
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缩短微机械圆盘谐振器缝隙的电极移动法 被引量:1
7
作者 邓成 鲍景富 +1 位作者 杜亦佳 赵兴海 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期493-498,共6页
针对现有微机械(Micromechanical,也称MEMS)圆盘谐振器串联动态电阻过大的问题,该文提出了电极移动法,将其它MEMS器件的可调性能引入MEMS圆盘谐振器,在现有最窄缝隙工艺条件下实现了电极-圆盘缝隙的进一步缩减,降低了串联动态电阻。... 针对现有微机械(Micromechanical,也称MEMS)圆盘谐振器串联动态电阻过大的问题,该文提出了电极移动法,将其它MEMS器件的可调性能引入MEMS圆盘谐振器,在现有最窄缝隙工艺条件下实现了电极-圆盘缝隙的进一步缩减,降低了串联动态电阻。该文给出了悬置电极的设计方法,推导了电极移动后有效缝隙宽度的表达式,提出了可防电极接触短路的微小圆孔状凹陷设计,并给出了加入凹陷后的有效缝隙宽度表达式。通过ANSYS仿真结果可知,分别加载2.10 V和66.38 V偏置电压后,0.1μm和1μm电极-圆盘缝隙缩小为0.0016μm和0.01μm。对于0.1~1.1μm缝隙谐振器,串联动态电阻变为原来的10 8倍以下。 展开更多
关键词 微机电系统 微机圆盘谐振器 电极-圆盘缝隙 串联动态阻抗 电极移动
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微机械圆盘谐振器的结构分析 被引量:1
8
作者 郭建来 刘畅 +2 位作者 王建艳 林杰 郭航 《厦门大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期506-511,共6页
运用ANSYS对圆盘谐振器的结构进行有限元分析,并结合集总参数模型,确定了圆盘谐振器锚点尺寸与位置对圆盘谐振器性能的影响,包括谐振频率,振幅与品质因子(Q).在此基础上,提出了一种在圆盘谐振器高阶模式的节点环处做锚点的方案,不仅可... 运用ANSYS对圆盘谐振器的结构进行有限元分析,并结合集总参数模型,确定了圆盘谐振器锚点尺寸与位置对圆盘谐振器性能的影响,包括谐振频率,振幅与品质因子(Q).在此基础上,提出了一种在圆盘谐振器高阶模式的节点环处做锚点的方案,不仅可以使圆盘谐振器工作在更高的谐振频率,同时也降低了微加工精度的要求. 展开更多
关键词 微机圆盘谐振器 集总参数模型 有限元 锚点 品质因子 高阶谐振模式
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微机械硅陀螺谐振器结构特征频率分析 被引量:1
9
作者 颜东 高钟毓 姚雅红 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 1998年第2期24-26,48,共4页
一本文应用Rayleigh方法对微机械硅陀螺谐振器的水平和垂直方向的固有特征频率进行了分析,并应用有限元分析工具进行了检验。
关键词 Rayleigh方法 有限元方法 特征频率 微机硅陀螺谐振器
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基于腔结构的射频微机械谐振元件的设计 被引量:2
10
作者 李应良 潘武 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2004年第3期298-304,共7页
对圆柱形复合腔结构微机械谐振元件进行了设计研究,提出了一种基于柱形腔结构的微机械复合谐振元件的设计方法,并对其结构及特性进行了研究。建立了复合腔结构的电磁场数学方程,腔体基于体微机械微细加工技术实现工艺设计,最后对该元件... 对圆柱形复合腔结构微机械谐振元件进行了设计研究,提出了一种基于柱形腔结构的微机械复合谐振元件的设计方法,并对其结构及特性进行了研究。建立了复合腔结构的电磁场数学方程,腔体基于体微机械微细加工技术实现工艺设计,最后对该元件进行了仿真分析。TM010模式下,谐振腔谐振频率为24.313299GHz,Q值为3529.707890,考虑微带耦合时仿真出复合谐振元件的最佳谐振频率为24.75GHz。仿真实验结果和理论值的平均误差不到1%,两者吻合得很好,说明了该设计的可行性。进一步改变结构参数,可获取不同谐振频率的器件,且可在腔体中填充高介电常数介质来减小器件的谐振频率,克服了以往使用腔体结构在低频段时体积过大等问题。 展开更多
关键词 微机械谐振器 腔结构 微细加工技术 微机设计
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微机械陀螺非线性特性的自由衰减振荡测量方法 被引量:5
11
作者 魏玉淼 董永贵 李昊 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期2465-2472,共8页
针对微机械陀螺非线性特性的测量问题,研究了一种频率步进式正弦脉冲激励的自由衰减振荡测量方法。在谐振频率附近,采用步进式正弦脉冲序列作为激励信号,得到一组包含系统不同程度非线性动力学特征的自由振动响应信号。通过Hilbert变换... 针对微机械陀螺非线性特性的测量问题,研究了一种频率步进式正弦脉冲激励的自由衰减振荡测量方法。在谐振频率附近,采用步进式正弦脉冲序列作为激励信号,得到一组包含系统不同程度非线性动力学特征的自由振动响应信号。通过Hilbert变换提取自由振动信号的瞬时幅值和瞬时频率,计算得到骨架曲线簇,即可实现非线性动力学特性的实验测量。以Duffing系统为例,对不同信噪比自由振动响应信号进行了数值仿真,结果表明这种方法比FREEVIB方法具有更好的抗噪声性能。对一种环型振动微陀螺进行了实验测试,所得到的骨架曲线与传统扫频方式的测量结果一致。作为一种测试手段,这种方法同样可用于其他类型微机械谐振器动力学特性的实验测试。 展开更多
关键词 微机陀螺 微机械谐振器 非线性特性 HILBERT变换 骨架曲线
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一种非完全覆盖多镀层微圆板谐振器热弹性阻尼通用计算框架
12
作者 杨龙飞 李普 +1 位作者 叶一舟 方昱斌 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期235-243,275,共10页
热弹性阻尼(thermoelastic damping, TED)是决定微机械谐振器品质因子上限的关键参数之一。该研究首次提出了一种计算具有多个非完全覆盖镀层微圆板谐振器TED的通用理论框架。该解析模型可退化到完全覆盖双层微圆板TED模型,数值方法同... 热弹性阻尼(thermoelastic damping, TED)是决定微机械谐振器品质因子上限的关键参数之一。该研究首次提出了一种计算具有多个非完全覆盖镀层微圆板谐振器TED的通用理论框架。该解析模型可退化到完全覆盖双层微圆板TED模型,数值方法同样验证了当前模型的有效性。同时提出可用工程设计领域快速计算的简单模型,并分析了该简单模型的适用范围。最后研究了具有2个非完全镀层微圆板TED频率谱特性,发现了频率谱的三Debye峰现象。 展开更多
关键词 微机械谐振器 热弹性阻尼(TED) 品质因子 热弹性理论
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应用于MEMS谐振器的跨阻放大器设计及实现 被引量:3
13
作者 谢勇 来强涛 +3 位作者 陈华 郭江飞 郭桂良 阎跃鹏 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期335-340,共6页
基于微机械系统(MEMS)圆盘谐振器工作时阻抗大、振荡频率高以及寄生电容大的特点,设计实现了一款用于驱动MEMS圆盘谐振器的宽带高增益、低噪声和低功耗跨阻放大器。该放大器引入低功耗宽带电流预放大和电流电压转换级输入技术,实现了... 基于微机械系统(MEMS)圆盘谐振器工作时阻抗大、振荡频率高以及寄生电容大的特点,设计实现了一款用于驱动MEMS圆盘谐振器的宽带高增益、低噪声和低功耗跨阻放大器。该放大器引入低功耗宽带电流预放大和电流电压转换级输入技术,实现了宽带低功耗下低噪声性能。并结合改进型Cherry-Hooper反相器电压放大的电路结构以获得高增益带宽积,采用4~16译码控制电流、电压偏置技术,提高调试通过率及成品率。采用TSMC 0.18μm CMOS工艺流片后,测试结果表明,跨阻增益高达73 d BΩ,-3 d B带宽为163 MHz,功耗为21.6 m W,等效输入噪声电流谱密度为14 p A/Hz,芯片面积为1 538μm×680μm。 展开更多
关键词 微机圆盘谐振器 跨阻放大器 电流预放大 Cherry-Hooper放大器 CMOS工艺
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无线通信系统中的微尺度射频元件 被引量:9
14
作者 潘武 钟先信 巫正中 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2001年第4期304-310,共7页
射频元件微型化是微型无线通信系统发展的关键所在。本文从微机械开关、微机械谐振器、微机械滤波器、微机械天线、微机械电感及电容等多方面,介绍微尺度射频元件的研究和应用现状,并对其发展前景作了展望。
关键词 无线通信 微机开关 微机械谐振器 微机滤波器 微机电感 微机电容 微机天线 射频元件
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