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梳状电容微加速度计结构设计和分析 被引量:1
1
作者 黄书琴 郝永平 +1 位作者 张德智 王健 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2004年第4期21-24,共4页
阐述了双侧梳状电容微加速度计的基本结构和工作原理,运用了计算机辅助软件对其进行建模和仿真,借助该模型分析了在 1g 加速下梁的长度变化对系统灵敏度的影响和系统对正弦激脉冲输入信号的响应特性,为加速度计的结构优化设计提供了依据。
关键词 梳齿状电容微加速度计 灵敏度 建模和仿真
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基于闭环点位置控制的硅微梳齿式加速度计温漂抑制方法 被引量:6
2
作者 徐哲 刘云峰 董景新 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期114-119,共6页
环境温度的变化会造成硅微加速度计检测电路输出漂移,从而使加速度计敏感质量的闭环点位置产生漂移。通过分析闭环点位置对加速度计标度因素K1和零偏K0的影响,证明了闭环点位置漂移是造成零偏K0温漂的主要因素和标度因素K1温漂的次要因... 环境温度的变化会造成硅微加速度计检测电路输出漂移,从而使加速度计敏感质量的闭环点位置产生漂移。通过分析闭环点位置对加速度计标度因素K1和零偏K0的影响,证明了闭环点位置漂移是造成零偏K0温漂的主要因素和标度因素K1温漂的次要因素。提出了加速度计闭环点位置控制方法,通过在环内加入控制电压可使闭环点始终工作于稳定位置。试验结果证明,该方法可显著降低零偏K0的温漂,闭环点始终位于零反馈位置时零偏K0的温漂系数可降低一个数量级,且温漂滞环可被压缩至±1 mV(±7.77 mg)以内。 展开更多
关键词 齿式速度计 温漂 闭环点位置 滞环
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后退火处理对电容式MEMS微加速度计的影响
3
作者 唐彬 陈颖慧 +3 位作者 彭勃 袁明权 李枚 周浩 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2013年第3期167-171,共5页
针对电容式MEMS微加速度计出现的输出值漂移问题,研究了后退火处理对封装好的电容式微加速度计的影响,选取的退火温度为110℃,退火时间为192 h。对退火后微加速度计的上电时刻零位值和上电1 h内1 g状态下的输出值进行了测量。通过对测... 针对电容式MEMS微加速度计出现的输出值漂移问题,研究了后退火处理对封装好的电容式微加速度计的影响,选取的退火温度为110℃,退火时间为192 h。对退火后微加速度计的上电时刻零位值和上电1 h内1 g状态下的输出值进行了测量。通过对测试结果进行分析得到:退火实验可以筛选出随贮存时间零位漂移较小的样品;微加速度计输出值零位漂移的主要原因可能是芯片受F元素的影响;微加速度计输出值上电漂移的主要原因可能是芯片受O元素的影响。 展开更多
关键词 电子机械系统(MEMS) 速度计 电容 退火 漂移
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Sigma-Delta微加速度计改进型梳状滤波器的设计
4
作者 谭晓昀 周贤中 刘晓为 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期81-84,共4页
为了改善Sigma-Delta微加速度计中梳状滤波器的性能,提高输出信号的信噪比,通过调整梳状滤波器的零点位置,可以得到改进型的梳状滤波器.研究表明,改进型梳状滤波器在不同的零点位置,表现出不同的量化噪声过滤性能.于是,利用遗传算法可... 为了改善Sigma-Delta微加速度计中梳状滤波器的性能,提高输出信号的信噪比,通过调整梳状滤波器的零点位置,可以得到改进型的梳状滤波器.研究表明,改进型梳状滤波器在不同的零点位置,表现出不同的量化噪声过滤性能.于是,利用遗传算法可以快速的求出输出量化噪声最小时的零点位置最优值.并通过对比四阶梳状滤波器和改进型梳状滤波器的幅频特性,发现改进型梳状滤波器在折叠区域有着更快速的截止性能,因此这种改进型梳状滤波器比经典型梳状滤波器有着更好的量化噪声过滤性能. 展开更多
关键词 SIGMA-DELTA 速度计 状滤波器
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基于梳齿间距偏差的微加速度计灵敏度模型
5
作者 戴强 于奇 +1 位作者 钱可强 周伟 《计量学报》 CSCD 北大核心 2011年第2期101-105,共5页
针对电容式微加速度计梳齿间距偏差所引起的灵敏度变化,基于高维数值积分与概率理论,并结合闭环微加速度计工作原理,导出了其灵敏度模型。当梳齿间距偏差分布在3.7~4.6μm区间,施加在固定电极上有效电压分别为2.3V、5.1V和8.3... 针对电容式微加速度计梳齿间距偏差所引起的灵敏度变化,基于高维数值积分与概率理论,并结合闭环微加速度计工作原理,导出了其灵敏度模型。当梳齿间距偏差分布在3.7~4.6μm区间,施加在固定电极上有效电压分别为2.3V、5.1V和8.3V时,其对应的灵敏度将处于120~195、55~85和32~51mV/g。范围。在相同条件下,对一批体硅玻璃键合结构的微加速度计进行了实验测量,其灵敏度分别落在119.3—179.9、53.8~81.1和33.0~49.8mV/g。区间。由此可见,该模型与实测值比较接近。模型指出了灵敏度与梳齿间距偏差的相互关系,从而可为微加速度计设计和工艺优化提供参考。 展开更多
关键词 计量学 速度计 灵敏度模型 齿间距偏差
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一种高分辨率电容微加速度计的设计研究 被引量:1
6
作者 张少峰 陈花玲 《微纳电子技术》 CAS 2004年第3期32-36,共5页
分析了影响加速度计分辨率的因素,在此基础上,通过采用深度反应离子刻蚀工艺获得大的敏感质量和小的电极间隙、采用电容变化量比枝齿梳状敏感结构大一倍的直齿梳状敏感结构和利用静电负刚度来降低结构的刚度等措施提高器件分辨率。最后... 分析了影响加速度计分辨率的因素,在此基础上,通过采用深度反应离子刻蚀工艺获得大的敏感质量和小的电极间隙、采用电容变化量比枝齿梳状敏感结构大一倍的直齿梳状敏感结构和利用静电负刚度来降低结构的刚度等措施提高器件分辨率。最后给出了一种新的设计方案,叙述了其工作原理并分析了影响其闭环灵敏度的因素。 展开更多
关键词 分辨率 静电负刚度 直齿状敏感结构 速度计 电容
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梳齿式微机械加速度计静态模型的辨识 被引量:1
7
作者 王伟 王永梁 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2002年第5期38-41,共4页
讨论了一种梳齿式微机械加速度计的静态模型。从加速度计的静态输入入手,求得加速度计平衡时的输出关系式,还讨论了敏感输入轴垂直的横向加速度输入分量对输出的影响。在理论分析的基础上,根据离心机试验结果求得加速度计的静态模型。
关键词 齿式 机械速度计 电容传感器 静态模型辨识
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基于MXT9030的微电容加速度计系统搭建 被引量:2
8
作者 姚庭伟 陈祥发 柴宏玉 《电子技术应用》 北大核心 2015年第2期174-176,共3页
阐述了三明治式电容微加速度计的工作原理,并在此基础上介绍了一种具体的三明治式微加速度计的设计:采用一种通用的电容读取电路MXT9030实现对电容式微加速度传感器的信号检测,通过微控制器的控制,调节MXT9030电路的内部参数,使加速度... 阐述了三明治式电容微加速度计的工作原理,并在此基础上介绍了一种具体的三明治式微加速度计的设计:采用一种通用的电容读取电路MXT9030实现对电容式微加速度传感器的信号检测,通过微控制器的控制,调节MXT9030电路的内部参数,使加速度计系统具有良好的线性度及灵敏度。实验结果表明,该设计可满足较大范围内的电容差分信号输入,并具有良好的检测灵敏度和线性度。 展开更多
关键词 电容速度计 MEMS MXT9030 控制器
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开关电容式闭环微加速度计的稳定性研究
9
作者 叶珍华 杨海钢 +1 位作者 尹韬 刘飞 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第9期2254-2258,共5页
该文对开关电容式闭环微加速度计的系统稳定性进行了深入研究。提出了可通用于该类微传感系统的动态特性分析方法,并具体研究了传感器品质因子、力反馈延迟、电路补偿单元的参数多种因素对系统稳定性的影响。基于0.35 mm CMOS工艺实现... 该文对开关电容式闭环微加速度计的系统稳定性进行了深入研究。提出了可通用于该类微传感系统的动态特性分析方法,并具体研究了传感器品质因子、力反馈延迟、电路补偿单元的参数多种因素对系统稳定性的影响。基于0.35 mm CMOS工艺实现了一款接口电路芯片实例,实验结果表明,充分的电路补偿设计对于保证系统稳定性十分关键,实际的系统稳定边界与理论分析结果也较为吻合,从而证明了理论分析方法的正确性。 展开更多
关键词 速度计 闭环 开关电容 稳定性
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MEMS加速度计微敏感结构的伽马辐照退化效应 被引量:4
10
作者 许蔚 杨杰 刘珉强 《太赫兹科学与电子信息学报》 2022年第10期1101-1106,共6页
抗辐射的微机电系统(MEMS)加速度计在航天飞行器和核工业中有着广泛应用。当前的研究主要集中在MEMS测控电路的抗辐射加固技术上,对MEMS微敏感结构的辐照退化机理还缺乏深入的认识。由于MEMS微敏感结构和测试电路必须工作在一起,目前研... 抗辐射的微机电系统(MEMS)加速度计在航天飞行器和核工业中有着广泛应用。当前的研究主要集中在MEMS测控电路的抗辐射加固技术上,对MEMS微敏感结构的辐照退化机理还缺乏深入的认识。由于MEMS微敏感结构和测试电路必须工作在一起,目前研究的难点在于如何准确地辨别出MEMS敏感结构在整表中所贡献的辐照退化量占比,并基于微纳测量的方法辨析出其辐照退化机理。针对该问题,本文首先开发出了一种针对MEMS器件分部件的辐照退化测量技术,成功提取出MEMS敏感结构所产生的辐照退化量;然后采用专门制备的对照MEMS芯片和电学测试的方法来对其退化机理进行研究。测量结果发现:MEMS敏感结构的辐照退化并不来自于寄生电容层的充电效应或各类电阻参数变化效应,而主要来自于界面薄氧化层的充电效应。这些界面层俘获的电荷会对MEMS可动质量块产生一个附加的静电力从而导致MEMS加速度计的输出漂移。综上,本文基于微纳测量的手段明确推断出了MEMS敏感结构在电离辐照条件下的退化机理,为后续的MEMS器件抗辐射加固改进提供了重要的技术方向指导。 展开更多
关键词 机电系统(MEMS) 电容速度计 电离辐照退化 敏感结构
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减小交叉耦合的三维微加速度计的设计
11
作者 陈颖慧 唐彬 +1 位作者 施志贵 谢国芬 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2013年第2期95-99,共5页
介绍了一种减小交叉耦合的三维微加速度计的设计,该设计采用全差分电容式结构,X轴和Y轴采用梳齿电容式加速度计,Z轴采用扭摆电容式加速度计,三个轴向各自具有不同的敏感质量块,能够有效减小交叉耦合度。通过公式计算得到三个轴向的机械... 介绍了一种减小交叉耦合的三维微加速度计的设计,该设计采用全差分电容式结构,X轴和Y轴采用梳齿电容式加速度计,Z轴采用扭摆电容式加速度计,三个轴向各自具有不同的敏感质量块,能够有效减小交叉耦合度。通过公式计算得到三个轴向的机械噪声,X轴为-60μg/Hz,Y轴为-66μg/Hz,Z轴为-53μg/Hz。从计算结果来看,三个维度的噪声系数较低,在电路噪声保证足够小的情况下,该三维微加速度计能够达到较高的精度。最后,采用COMSOL MULTIPHYSICS软件对该结构三个维度进行了模态仿真,仿真结果表明该设计能够有效减小三个维度的交叉耦合度。 展开更多
关键词 电子机械系统 三维速度计 差分电容 交叉耦合度 固有频率
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Casimir力对微加速度计性能的影响分析
12
作者 冯谦 郭万林 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第4期499-503,共5页
随着微器件的尺寸日益缩小,有必要评估Casimir力对微器件性能的影响。本文以微机电系统中常见的微加速度计为对象,建模分析了Casimir力对其性能的影响。研究表明,Casimir力对微加速度计性能的影响随极板间距离的减小而迅速增大。Casimi... 随着微器件的尺寸日益缩小,有必要评估Casimir力对微器件性能的影响。本文以微机电系统中常见的微加速度计为对象,建模分析了Casimir力对其性能的影响。研究表明,Casimir力对微加速度计性能的影响随极板间距离的减小而迅速增大。Casimir力使得微加速度计的最大可检测加速度减小,并且随支撑梁刚度的减小,对灵敏度的影响逐渐增大。当检测电容极板间距离等于400nm时,Casimir力引起微加速度计的最大可检加速度的降幅达5.89%。 展开更多
关键词 CASIMIR力 速度计 电容检测 影响分析
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一种新型三轴电容式加速度计的设计分析 被引量:5
13
作者 王守明 汪祖民 《电子科技》 2010年第3期86-89,共4页
设计了一种新型结构的体硅工艺梳齿电容式加速度计,该设计采用2个检测质量块,分别检测水平方向和垂直方向的加速度。x,y水平方向不对称梳齿的设计,消除了z轴对水平轴向加速度的干扰,同时z轴支撑梁的设计,解决了水平轴向对z轴的干扰。电... 设计了一种新型结构的体硅工艺梳齿电容式加速度计,该设计采用2个检测质量块,分别检测水平方向和垂直方向的加速度。x,y水平方向不对称梳齿的设计,消除了z轴对水平轴向加速度的干扰,同时z轴支撑梁的设计,解决了水平轴向对z轴的干扰。电容的差分结构有利于提高加速度计的检测性能。用Ansys仿真软件对敏感结构进行静态和模态分析,理论上验证了所提出的三轴电容式加速度计整体结构的可行性。 展开更多
关键词 不对称齿 电容速度计 体硅工艺
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闭环微加速度计非线性补偿 被引量:1
14
作者 谢国芬 杜连明 +1 位作者 刘显学 唐彬 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2013年第5期292-297,共6页
离心标定修正微加速度计的非线性存在周期长和成本高等缺点,寻找一种可以提高生产效率的修正办法具有重要意义。推导了理想情况下加速度计的工作原理,并对载波带来的附加静电力对测试结果的影响进行了分析。在引入闭环平衡时结构非对称... 离心标定修正微加速度计的非线性存在周期长和成本高等缺点,寻找一种可以提高生产效率的修正办法具有重要意义。推导了理想情况下加速度计的工作原理,并对载波带来的附加静电力对测试结果的影响进行了分析。在引入闭环平衡时结构非对称因子后推导出导致非线性的公式,找到了影响闭环平衡后结构非对称的三个主要因数:寄生电容、结构本身不对称和伺服电路零位的偏差。分析了各个因素在闭环平衡状态对结构非对称的影响原理后,相应提出了提高加速度计线性度的方法。最后介绍了非线性补偿的工程实现方法,并对环境温度变化较大时的补偿方法给出了建议。实验表明,该技术切实可行,能将加速度计的非线性特性提高将近一个数量级。 展开更多
关键词 速度计 非对称因子 寄生电容 电路零偏 非线性补偿
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粘接工艺对电容加速度计封装应力的影响 被引量:1
15
作者 陈卓 李杰 +2 位作者 何中伟 罗志恒 金龙 《中国电子科学研究院学报》 北大核心 2023年第5期444-449,460,共7页
为了提高电容式加速度计的输出性能,更好地消除粘接工序引起的封装应力,文中对加速度计的可动结构进行了合理的简化,通过有限元分析对加速度计在工况下的应力场和芯片翘曲进行了模拟仿真,系统分析了粘接材料特性、粘接工艺参数以及应力... 为了提高电容式加速度计的输出性能,更好地消除粘接工序引起的封装应力,文中对加速度计的可动结构进行了合理的简化,通过有限元分析对加速度计在工况下的应力场和芯片翘曲进行了模拟仿真,系统分析了粘接材料特性、粘接工艺参数以及应力过渡层结构对可动结构处的应力和翘曲变形量的影响。结果表明:粘接材料的杨氏模量对封装应力影响较大,当杨氏模量大于10^(9)Pa时,封装应力会出现陡增的现象;在满足粘接强度要求下,采用中心粘接方式,可以较好地降低封装应力;粘接胶层厚度在140μm附近时,封装应力达到最低,为5 MPa;添加应力过渡层,调整应力过渡层材质以及上下胶层的软硬程度也可以进一步消除封装应力。 展开更多
关键词 粘接 封装应力 齿电容速度计 有限元 仿真
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小量程窄带宽石英微加速度计敏感元件设计
16
作者 高阳 陈艳 +1 位作者 李庆丰 杨贵玉 《遥测遥控》 2015年第3期54-61,共8页
为满足对振动环境下10Hz以下低频小量程加速度信号的高精度测量需求,设计一种具有窄带宽特点的新型石英MEMS加速度计敏感元件。敏感元件采用变间距式差分电容梳齿结构,基于石英微工艺制作。采用有限元分析手段,对敏感元件质量块尺寸、... 为满足对振动环境下10Hz以下低频小量程加速度信号的高精度测量需求,设计一种具有窄带宽特点的新型石英MEMS加速度计敏感元件。敏感元件采用变间距式差分电容梳齿结构,基于石英微工艺制作。采用有限元分析手段,对敏感元件质量块尺寸、梳齿长度、梁刚度、止挡与盖板结构等参数进行综合优化设计。仿真结果显示,敏感元件带宽8.9Hz,止挡与盖板结构可以有效提升抗过载及振动能力,设计可以满足飞行器振动环境下小量程低频加速度参数测量需求。 展开更多
关键词 石英MEMS速度计 窄带宽 齿电容 有限元分析
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高深宽比梳齿结构刻蚀工艺
17
作者 康建波 商庆杰 宋洁晶 《微纳电子技术》 2025年第1期137-143,共7页
梳齿结构刻蚀是制备电容加速度计芯片的重要工序步骤。在梳齿结构刻蚀过程中,采用快速切换阀代替质量流量控制器(MFC)开关气体解决了梳齿侧壁弯曲问题;将Bosch工艺中物理轰击步骤和化学刻蚀步骤移到沉积步骤之前解决了梳齿顶部损伤问题... 梳齿结构刻蚀是制备电容加速度计芯片的重要工序步骤。在梳齿结构刻蚀过程中,采用快速切换阀代替质量流量控制器(MFC)开关气体解决了梳齿侧壁弯曲问题;将Bosch工艺中物理轰击步骤和化学刻蚀步骤移到沉积步骤之前解决了梳齿顶部损伤问题;研究了沉积时间、物理轰击偏置电极功率、化学刻蚀压力与刻蚀选择比的关系。实验结果表明:增加化学刻蚀压力能够显著提升刻蚀选择比,但齿间隙也会随着化学刻蚀压力的增加而展宽,优化后的Bosch工艺配方为沉积时间1.3 s,物理轰击偏置电极功率70 W,化学刻蚀压力60 mTorr(1 mTorr≈0.133 Pa)。制备的梳齿结构齿间隙宽度3.19μm,深度86.3μm,侧壁倾角89.9°,侧壁粗糙度79 nm,深宽比达到27∶1,刻蚀选择比达到32∶1,并成功应用于电容加速度计芯片生产。 展开更多
关键词 齿结构 电容速度计 Bosch工艺 选择比 深宽比 侧壁倾角
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