基于三梁结构的电热驱动谐振式微加速度传感器研究(英文) 被引量：2

1

作者 陈健 陈德勇 王军波 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第3期516-518,共3页

为了提高电热激励/压阻拾振谐振式微加速度传感器的品质因数和消除交叉灵敏度,提出一种基于三梁结构的新设计.依据有限元模拟得到的固有振型来选择三梁结构参数,以减少能量耗散,提高品质因数.分析本设计消除交叉灵敏度的机制和独特的三... 为了提高电热激励/压阻拾振谐振式微加速度传感器的品质因数和消除交叉灵敏度,提出一种基于三梁结构的新设计.依据有限元模拟得到的固有振型来选择三梁结构参数,以减少能量耗散,提高品质因数.分析本设计消除交叉灵敏度的机制和独特的三梁结构的激振方式并对其进行有限元模拟.模拟结果证实这种谐振式微加速度传感器的灵敏度高于1000Hz/g. 展开更多

关键词 微机械电子系统 电热驱动谐振式微加速度传感器 三梁结构 交叉灵敏度 有限元模拟

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一种新颖的微杆杠结构的理论建模及其在谐振式微加速度传感器中的应用(英文) 被引量：1

2

作者 陈健 陈德勇 王军波 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期274-278,共5页

为了提高谐振式微加速度传感器的灵敏度,提出一种新颖的微杠杆结构。分析该结构的工作原理,推导该结构的理论模型,得到这种微杆杠放大倍数的解析表达式.在这个理论模型的基础上,为了进一步提高微杆杠的放大倍数,对其参数进行优化,分析... 为了提高谐振式微加速度传感器的灵敏度,提出一种新颖的微杠杆结构。分析该结构的工作原理,推导该结构的理论模型,得到这种微杆杠放大倍数的解析表达式.在这个理论模型的基础上,为了进一步提高微杆杠的放大倍数,对其参数进行优化,分析微杆杠结构中各参数对于放大倍数的影响,优化后该结构的放大倍数高达200.基于这种微杠杆结构设计两种分别为静电驱动/电容检测和电热驱动/压阻拾振的谐振式微加速度传感器,分别介绍这两种传感器的工作原理及其特点,并对这两种结构进行有限元模拟.模拟结果证实这两种微加速度传感器的灵敏度均高于1000Hz/gn,进而验证这种新提出的微杠杆结构的有效性. 展开更多

关键词 微机械电子系统 微杠杆结构 谐振式微加速度传感器 有限元模拟

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谐振式微加速度传感器的有限元分析(英文)

3

作者 陈健 陈德勇 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期96-100,共5页

有限元分析用来评估一种新颖的谐振微加速度传感器,仔细分析新结构的几个主要振动模态,优化结构参数,证实这种硅基谐振式微加速度传感器的灵敏度高于1 000 Hz/gn.而且在有限元分析的基础上对实际制造的非完全匹配的双端固定音叉的特点... 有限元分析用来评估一种新颖的谐振微加速度传感器,仔细分析新结构的几个主要振动模态,优化结构参数,证实这种硅基谐振式微加速度传感器的灵敏度高于1 000 Hz/gn.而且在有限元分析的基础上对实际制造的非完全匹配的双端固定音叉的特点和对于测量的不良影响进行分析. 展开更多

关键词 微机械电子系统 谐振式微加速度传感器 有限元模拟 非完全匹配的双端固定音叉

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高灵敏度谐振式微加速度传感器的设计与制作 被引量：1

4

作者 涂晟 王军波 +1 位作者 商艳龙 陈德勇 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1114-1117,共4页

为提高加速度传感器灵敏度,提出一种新的加速度敏感机制,并基于此原理设计了一种新的微机械谐振式加速度传感器结构。分析了加速度传感器的数学模型及影响灵敏度的关键参数,并以此为依据对传感器结构参数进行优化设计。采用扩散硅层作... 为提高加速度传感器灵敏度,提出一种新的加速度敏感机制,并基于此原理设计了一种新的微机械谐振式加速度传感器结构。分析了加速度传感器的数学模型及影响灵敏度的关键参数,并以此为依据对传感器结构参数进行优化设计。采用扩散硅层作为谐振子,提高器件性能的同时简化了制作工艺,利用KOH溶液湿法腐蚀硅在各晶向上的各向异性,实现了支撑梁、谐振梁、质量块三者不等厚结构的制作。实验测试结果表明,加速度传感器在-1 gn～1 gn范围内的灵敏度为1.989 2 kHz/gn。 展开更多

关键词 微电子机械系统 谐振式加速度传感器 电磁激励 高灵敏度

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一种谐振式加速度传感器及其设计 被引量：5

5

作者 郭占社 樊尚春 庄海涵 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第21期2570-2572,共3页

为解决当前模拟输出式加速度传感器测试精度相对较低的问题,利用谐振式传感器重复性好、分辨率高、稳定性优良的特点,设计了一种谐振式加速度传感器。通过理论计算,得出了线加速度与敏感元件谐振频率之间的关系,并通过有限元软件对其进... 为解决当前模拟输出式加速度传感器测试精度相对较低的问题,利用谐振式传感器重复性好、分辨率高、稳定性优良的特点,设计了一种谐振式加速度传感器。通过理论计算,得出了线加速度与敏感元件谐振频率之间的关系,并通过有限元软件对其进行了仿真计算。计算结果显示,传感器在空载状况下谐振频率的理论计算结果与有限元分析结果分别为722.2Hz与720.87Hz。在1g加速度下两种计算方法得到的谐振频率计算结果分别为727.3Hz与726.28Hz,两种情况的相对误差仅为0.18%与0.14%。对加工完毕的加速度传感器进行了测试,测试结果表明:在谐振状态下,传感器的敏感元件的谐振频率大约为718.2Hz,与理论计算及仿真结果基本接近,证明了设计的正确性。 展开更多

关键词 谐振式加速度传感器 有限元 谐振频率 敏感元件

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微环谐振腔加速度传感器光谱特性研究 被引量：3

6

作者 李欣 郭士亮 +1 位作者 杨明 李志全 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期2327-2330,共4页

为满足加速度传感器微型化、低成本的需求,提出了一种带有单微环谐振腔的悬臂梁式光学加速度传感器结构,采用耦合模和传输矩阵理论求取了微环谐振器的传递函数,利用检测同一波长处光强度变化的新测量方法实现了对加速度的探测,从而得到... 为满足加速度传感器微型化、低成本的需求,提出了一种带有单微环谐振腔的悬臂梁式光学加速度传感器结构,采用耦合模和传输矩阵理论求取了微环谐振器的传递函数,利用检测同一波长处光强度变化的新测量方法实现了对加速度的探测,从而得到了加速度传感器的灵敏度和探测极限,深入研究了不同结构参数对系统灵敏度的影响,数值仿真并分析了输出端口的光谱特性。结果表明:加速度传感器在外界加速度作用时,悬臂梁在应力的作用下会发生弯曲,使得固定在悬臂梁上的微环谐振器发生形变,即微环谐振器的长度和折射率都发生了变化,从而光在微环谐振器中的传输特性发生变化,因此可以通过探测微环输出端光场强度的变化来测定加速度值;悬臂梁的长度、厚度以及微环谐振腔的固定位置都是影响加速度传感器性能的直接因素,并且选择最佳的结构参数可以有效地提高系统灵敏度和精度。经过数值仿真,对于信噪比为30dB系统,波长在1.515μm处,悬臂梁的长度、厚度分别为180和3μm时,系统的灵敏度可达到2.112g-1,探测极限为1.421×10-3 g,因此在悬臂梁可承受的范围内,选取长度较长的悬臂梁结构能够有效地改善系统的灵敏度和探测极限。该结构为制备高灵敏度、低成本、易于加工的加速度传感器及可嵌入式微型光学器件提供理论基础。 展开更多

关键词 微环谐振腔 加速度传感器 悬臂梁 强度测量

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压电式加速度传感器安装谐振频率分析 被引量：12

7

作者 唐国明 杨曙年 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2006年第7期24-26,共3页

介绍了YD-1型压电式加速度传感器与CZ-4型磁座构成的磁座安装测振系统的安装谐振频率。给出了磁座安装测振系统受力分析及建立系统力学模型的一般方法,计算了该系统的谐振频率,并就磁座质量及剩磁大小对安装谐振频率的影响进行了讨论。

关键词 压电式加速度传感器 谐振频率 磁座质量 剩磁

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电容式微加速度传感器偏置电压的设计与分析 被引量：3

8

作者 胡雪梅 韩全立 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2008年第7期92-94,98,共4页

电容式微加速度传感器中偏置电压产生的静电力会干扰加速度传感器的测量和稳定工作条件。文中分析受到加速度信号作用时,不同偏置电压极性对电容加速度传感器稳定工作条件的影响,得到一系列变化曲线。结果表明:若偏置电压极性为正正或... 电容式微加速度传感器中偏置电压产生的静电力会干扰加速度传感器的测量和稳定工作条件。文中分析受到加速度信号作用时,不同偏置电压极性对电容加速度传感器稳定工作条件的影响,得到一系列变化曲线。结果表明:若偏置电压极性为正正或正负配置,其反馈是负反馈,且偏置电压极性为正负配置时,加速度传感器承受加速度冲击的能力最强。若偏置电压极性为负负或负正配置,其反馈是正反馈,偏置电压极性为负正配置时,其抗加速度冲击的能力最弱。 展开更多

关键词 电容式微加速度传感器 稳定工作范围 偏置电压极性

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一种新型光学微环谐振腔加速度传感器的研究 被引量：1

9

作者 李志全 王文娟 郭士亮 《燕山大学学报》 CAS 2014年第4期361-364,共4页

提出了一种跑道型谐振腔与固支梁相结合的新型加速度传感器结构.采用FDTD法分析了环形微环谐振腔和跑道型微环谐振腔的光谱特性,得出具有高值的跑道型微环谐振器更适用于作传感器件,利用输出光谱在加速度作用下产生漂移的特性测得了系... 提出了一种跑道型谐振腔与固支梁相结合的新型加速度传感器结构.采用FDTD法分析了环形微环谐振腔和跑道型微环谐振腔的光谱特性,得出具有高值的跑道型微环谐振器更适用于作传感器件,利用输出光谱在加速度作用下产生漂移的特性测得了系统的加速度值.仿真结果表明：加速度值在0~50 范围内,系统的灵敏度可达到47.7 pm/ ,并且固支梁的厚度是影响系统灵敏度的重要因素.该结构为制备高灵敏度、低成本的微型加速度传感器提供了理论基础. 展开更多

关键词 微环谐振器 加速度传感器 固支梁 波长漂移 灵敏度

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MEMS高g加速度传感器固有频率的优化及验证 被引量：7

10

作者 李平 石云波 +2 位作者 朱正强 杜康 刘俊 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期388-392,共5页

由于设计的MEMS高g加速度传感器固有频率低,导致测试过程中出现谐振现象。本文分析了传感器的特殊结构参数对固有频率的影响,提出了一种优化固有频率的方法。该方法通过减小质量块质量和优化梁厚度与长度的比例来调整传感器的固有频率,... 由于设计的MEMS高g加速度传感器固有频率低,导致测试过程中出现谐振现象。本文分析了传感器的特殊结构参数对固有频率的影响,提出了一种优化固有频率的方法。该方法通过减小质量块质量和优化梁厚度与长度的比例来调整传感器的固有频率,并通过理论仿真验证了该结构的固有频率从330 kHz提高到550 kHz,然后利用动态测试系统对优化前后的高g加速度传感器分别在20 000gn和150 000gn作用下测试输出信号。实验表明该优化方法提高了该类传感器结构的固有频率,明显消除了测试中的谐振现象。 展开更多

关键词 MEMS高g加速度传感器 固有频率 优化 谐振现象 动态测试

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基于光弹效应的三分量光弹光纤地震加速度传感器 被引量：4

11

作者 王金海 陈才和 +2 位作者 唐东林 张诚 崔宇明 《传感技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期804-806,共3页

为满足强电磁场环境下的高精度三维地震勘探的需求,研制了一种高精度三分量光弹光纤加速度地震传感器,该传感器具有线性度好、抗横向谐振的特点。利用光弹原理,设计出三轴光弹敏感系统,可高精度检测加速度的三个轴向分量。采用双弹簧弹... 为满足强电磁场环境下的高精度三维地震勘探的需求,研制了一种高精度三分量光弹光纤加速度地震传感器,该传感器具有线性度好、抗横向谐振的特点。利用光弹原理,设计出三轴光弹敏感系统,可高精度检测加速度的三个轴向分量。采用双弹簧弹性系统,有效地提高了加速度传感器的抗横向谐振特性,且线性度好。该传感器的主要参数共振频率为3500Hz,横向灵敏度系数为0.11%,主轴相位灵敏度为3.7×10-3rad/m·s-2。 展开更多

关键词 三分量 光弹效应 加速度传感器 横向谐振 灵敏度

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谐振式微传感器低功耗专用信号源研究 被引量：1

12

作者 樊尚春 骆东君 邢维巍 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期227-232,共6页

为满足谐振式微传感器对信号源低功耗、低失真的要求,本文提出了一种对现有DDS(直接数字合成)技术进行改进的方案,将现有的零阶保持逼近改进成为折线逼近来减小失真,并通过详细的公式推导给出了改进后波形失真度THD(总谐波失真)的计算... 为满足谐振式微传感器对信号源低功耗、低失真的要求,本文提出了一种对现有DDS(直接数字合成)技术进行改进的方案,将现有的零阶保持逼近改进成为折线逼近来减小失真,并通过详细的公式推导给出了改进后波形失真度THD(总谐波失真)的计算公式。最后给出了MATLAB仿真结果和电路实现结果来验证方案可行性。结果表明在同等失真度下本方案大大减小了对系统频率的要求,为减小信号源功耗提供了理论依据。 展开更多

关键词 谐振式微传感器 低功耗信号源 DDS 折线逼近 锯齿波发生器 THD

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基于LabVIEW的谐振式微悬臂梁传感器智能激励与检测系统 被引量：6

13

作者 任艳波 于海涛 +2 位作者 赵伟 刘民 李昕欣 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2015年第12期11-14,共4页

为了解决使用模拟锁相环设计传感器接口电路带来的精度低、测量过程繁琐等问题,采用软件锁相环设计了基于LabVIEW的谐振式微悬臂梁传感器智能激励与检测系统。将开环检测与闭环检测相结合,通过开环扫频获取待测传感器的参数信息,并通过... 为了解决使用模拟锁相环设计传感器接口电路带来的精度低、测量过程繁琐等问题,采用软件锁相环设计了基于LabVIEW的谐振式微悬臂梁传感器智能激励与检测系统。将开环检测与闭环检测相结合,通过开环扫频获取待测传感器的参数信息,并通过在软件部分设计的锁相跟踪算法,使锁相更具针对性,锁相过程更快更准。采用该系统制作了便携式气体传感器样机,并对二氧化碳气体进行了实测,验证了该系统具有快速的频率跟踪能力和良好的频率稳定性。 展开更多

关键词 谐振式微悬臂梁传感器 接口电路 LABVIEW 自适应软件锁相环 扫频 锁相跟踪

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电容式微加工超声传感器(cMUT)的有限元仿真 被引量：9

14

作者 宋光德 官志坚 栗大超 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第05B期2290-2292,2296,共4页

介绍了电容式微加工超声传感器(cMUT)的基本结构和工作原理.同时使用有限元方法对cMUT的运行情况进行模拟.提出了两个ANSYS模型来阐述cMUT的塌陷电压与谐振频率.一个3D模型用来阐述制造过程中的残余应力对cMUT谐振频率的影响.另外一个3... 介绍了电容式微加工超声传感器(cMUT)的基本结构和工作原理.同时使用有限元方法对cMUT的运行情况进行模拟.提出了两个ANSYS模型来阐述cMUT的塌陷电压与谐振频率.一个3D模型用来阐述制造过程中的残余应力对cMUT谐振频率的影响.另外一个3D模型阐述不同的运行环境对cMUT的谐振频率的影响. 展开更多

关键词 电容式微加工超声传感器 塌陷电压 谐振频率 有限元模型

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电容式微加工超声传感器结构参数对性能的影响分析 被引量：6

15

作者 张慧 宋光德 +1 位作者 官志坚 靳世久 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第6期951-953,共3页

介绍了电容式微加工超声传感器(cMUT)的工作原理,通过理论计算和有限元仿真分析,讨论了cMUT中薄膜厚度、薄膜半径、薄膜残余应力和空腔厚度的变化对传感器的塌陷电压和谐振频率的影响,为传感器的设计和制作提供了依据。

关键词 电容式微加工超声传感器(cMUT) 塌陷电压 谐振频率

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多晶硅纳米膜压阻超薄微梁加速度敏感结构 被引量：4

16

作者 揣荣岩 白羽 +2 位作者 吴美乐 代全 靳晓诗 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2013年第1期1-3,15,共4页

随着微机电系统(MEMS)技术的迅速发展,硅基加速度传感器已经得到广泛应用。但在敏感结构设计中,普遍存在灵敏度与固有谐振频率相互制约的矛盾。为此,采用多晶硅纳米膜作应变电阻,设计了300 nm超薄微梁加速度敏感结构。这种结构的设计改... 随着微机电系统(MEMS)技术的迅速发展,硅基加速度传感器已经得到广泛应用。但在敏感结构设计中,普遍存在灵敏度与固有谐振频率相互制约的矛盾。为此,采用多晶硅纳米膜作应变电阻,设计了300 nm超薄微梁加速度敏感结构。这种结构的设计改善了灵敏度与谐振频率之间的矛盾,使两者乘积值提高了30余倍,从而使压阻加速度计的性能得到大幅提升。 展开更多

关键词 加速度传感器 多晶硅纳米膜 压阻式 超薄微梁 谐振频率

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基于旋转谐振结构的单芯片二维电场传感器 被引量：7

17

作者 王宇 方东明 +2 位作者 陈博 彭春荣 夏善红 《传感器与微系统》 CSCD 2016年第2期103-105,112,共4页

提出并研制了一种二维电场检测传感芯片,将四个电场测量微型单元和旋转式驱动微结构集成在3.5 mm×3.5 mm的敏感结构上,实现了单芯片的电场二维测量。介绍了传感器的工作原理、敏感结构的设计,以及基于绝缘体上硅(SOI)工艺的单芯片... 提出并研制了一种二维电场检测传感芯片,将四个电场测量微型单元和旋转式驱动微结构集成在3.5 mm×3.5 mm的敏感结构上,实现了单芯片的电场二维测量。介绍了传感器的工作原理、敏感结构的设计,以及基于绝缘体上硅(SOI)工艺的单芯片微型二维电场传感器制备工艺技术。成功研制出传感器原理样机,研究了微型二维电场传感器的标定方法,开发了用于电场二维标定的测试装置,并在室温常压下对传感器进行了二维标定。实验结果表明:该传感器能够有效减小电场的轴间耦合干扰,测量误差优于7.04%,线性度可达到1.25%。 展开更多

关键词 电场传感器 微机电系统 绝缘体上硅(SOI) 旋转谐振式微执行器 二维测量 电场标定

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谐振传感器在大温度变化条件下稳定振荡的计算机辅助设计

18

作者 赵向阳 史百舟 刘君 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2001年第6期20-22,共3页

在实验的基础上 ,利用Matlab对谐振传感器振荡电路进行仿真计算 ,提出了一谐振式传感器在大温度变化范围内 ( - 4 0～ 50℃ )稳定振荡的条件及实现方法。

关键词 谐振传感器 仿真 CAD 稳定振荡 加速度传感器

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基于FPGA的谐振悬臂梁传感器智能接口电路 被引量：5

19

作者 柴光飞 刘民 +3 位作者 于海涛 许鹏程 徐铁刚 李昕欣 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2013年第3期7-10,共4页

设计了基于FPGA的谐振式微悬臂梁传感器接口电路,将接口电路与谐振式微悬臂梁传感器组成闭环自激振荡系统。为满足接口电路智能化与输出频率稳定性的要求,设计了带有自动扫频功能的锁相环,以此锁相环为核心并结合外围放大、滤波、移相... 设计了基于FPGA的谐振式微悬臂梁传感器接口电路,将接口电路与谐振式微悬臂梁传感器组成闭环自激振荡系统。为满足接口电路智能化与输出频率稳定性的要求,设计了带有自动扫频功能的锁相环,以此锁相环为核心并结合外围放大、滤波、移相、整形电路构成的接口电路系统,能够自动扫频寻找谐振点并锁定,扫频精度为0.012 Hz左右,谐振频率的波动范围可达0.01 Hz左右,且锁定范围极广。分别测试了谐振点在100 kHz与500 kHz附近的两组传感器,该系统均能很好地自动扫频寻找谐振点并锁定。 展开更多

关键词 谐振式微悬臂梁传感器 接口电路 FPGA 锁相环 自动扫频 频率跟踪

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扩散硅谐振式压力传感器同频干扰的建模与消除 被引量：3

20

作者 赵晋敏 李守荣 +3 位作者 王军波 陈德勇 刘磊 史晓晶 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第3期362-365,共4页

为简化谐振式微机械压力传感器的制备工艺,提出了一种采用扩散硅作为谐振梁的压力传感器,并采用电磁激励实现传感器的闭环控制。实验中发现:由于采用扩散硅材料,传感器受到较为严重的同频干扰影响,因此,消除传感器的同频干扰成为需要解... 为简化谐振式微机械压力传感器的制备工艺,提出了一种采用扩散硅作为谐振梁的压力传感器,并采用电磁激励实现传感器的闭环控制。实验中发现:由于采用扩散硅材料,传感器受到较为严重的同频干扰影响,因此,消除传感器的同频干扰成为需要解决的一个主要问题。通过对采用扩散硅作为谐振梁的压力传感器微结构进行分析,建立了传感器主要噪声来源同频干扰的等效电路模型,据此提出一种新的不对称双端激励解决方法。实验结果表明,该方法可有效地降低传感器的同频干扰,传感器的信噪比由1.53提高至35,为传感器闭环激励和检测提供了有效的手段。 展开更多

关键词 扩散硅 谐振式微机械压力传感器 同频干扰 非对称激励 电磁激励和检测

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