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球拍型悬臂梁光纤Fabry-Perot腔声传感器的研究
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作者 殷泽轩 《光通信技术》 北大核心 2025年第4期19-24,共6页
为提高光纤法布里-珀罗(F-P)腔声传感器的灵敏度,设计了一种球拍型悬臂梁光纤F-P腔声传感器。首先,基于COMSOL仿真软件对悬臂梁进行模态分析和尺寸优化;其次,采用激光加工技术制备了304不锈钢材质的球拍型悬臂梁光纤F-P腔声传感器,并通... 为提高光纤法布里-珀罗(F-P)腔声传感器的灵敏度,设计了一种球拍型悬臂梁光纤F-P腔声传感器。首先,基于COMSOL仿真软件对悬臂梁进行模态分析和尺寸优化;其次,采用激光加工技术制备了304不锈钢材质的球拍型悬臂梁光纤F-P腔声传感器,并通过显微测量验证了加工精度;最后,搭建声学测试系统,在20~3000 Hz频率范围内对传感器的性能进行测试。实验结果表明:该传感器的谐振频率为1750 Hz,在400~3000 Hz范围内灵敏度均高于350 mV/Pa;在1400 Hz工作频率下,0.01~0.17 Pa声压范围内的灵敏度达到3619.57 mV/Pa,线性度为0.9998,信噪比(SNR)为49.1 dB,最小可检测声压(MDP)为15.03μPa/Hz1/2。 展开更多
关键词 法布里-珀罗腔 声传感器 球拍型悬臂梁 谐振频率 最小可检测声压
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谐振式MEMS压力传感器的制作及圆片级真空封装 被引量:26
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作者 陈德勇 曹明威 +2 位作者 王军波 焦海龙 张健 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1235-1242,共8页
为了提高传感器的品质因数,有效保护谐振器,提出了一种基于绝缘体上硅(SOI)-玻璃阳极键合工艺的谐振式微电子机械系统(MEMS)压力传感器的制作及真空封装方法。该方法采用反应离子深刻蚀技术(DRIE),分别在SOI晶圆的低电阻率器件层和基底... 为了提高传感器的品质因数,有效保护谐振器,提出了一种基于绝缘体上硅(SOI)-玻璃阳极键合工艺的谐振式微电子机械系统(MEMS)压力传感器的制作及真空封装方法。该方法采用反应离子深刻蚀技术(DRIE),分别在SOI晶圆的低电阻率器件层和基底层上制作H型谐振梁与压力敏感膜;然后,通过氢氟酸缓冲液腐蚀SOI晶圆的二氧化硅层释放可动结构。最后,利用精密机械加工技术在Pyrex玻璃圆片上制作空腔和电连接通孔,通过硅-玻璃阳极键合实现谐振梁的圆片级真空封装和电连接,成功地将谐振器封装在真空参考腔中。对传感器的性能测试表明:该真空封装方案简单有效,封装气密性良好;传感器在10kPa^110kPa的差分检测灵敏度约为10.66 Hz/hPa,线性相关系数为0.99999 542。 展开更多
关键词 微电子机械系统 谐振式压力传感器 绝缘体上硅(SOI) 阳极键合 真空封装
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基于自停止腐蚀技术的H型谐振式微机械压力传感器 被引量:11
3
作者 李玉欣 陈德勇 +2 位作者 王军波 焦海龙 罗振宇 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期2927-2934,共8页
为了提高压力传感器的精度并抑制温漂,提出了一种基于自停止腐蚀技术的"H"型双端固支梁、电磁激励、差分检测的微机械(MEMS)谐振式压力传感器。首先,通过有限元分析仿真优化了传感器的机械参数,得到了较高的灵敏度和分辨率。... 为了提高压力传感器的精度并抑制温漂,提出了一种基于自停止腐蚀技术的"H"型双端固支梁、电磁激励、差分检测的微机械(MEMS)谐振式压力传感器。首先,通过有限元分析仿真优化了传感器的机械参数,得到了较高的灵敏度和分辨率。然后,基于浓硼扩散自停止腐蚀原理,采用MEMS体硅标准工艺加工出一致性较好的传感器样品。最后,采用非光敏BCB,在真空高温高压条件下将硅片与谐振器黏和键合完成了传感器的真空封装,并设计了应力隔离的后封装方法以降低温漂。实验结果表明:传感器的检测范围为0~120kPa,满量程非线性度低于0.02%,准确度达到0.05%FS,加入应力隔离后在-40~70℃的温度漂移不高于0.05%/℃。该传感器能够实现大量程高精度的压力测量,有效地抑制了温漂,具有较高的性能指标。 展开更多
关键词 微机械压力传感器 谐振式压力传感器 双端固支梁 差分检测 黏和键合
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微结构谐振梁式压力传感器研究 被引量:10
4
作者 陈德勇 崔大付 +1 位作者 王利 韩泾鸿 《传感技术学报》 CAS CSCD 2000年第4期255-259,共5页
利用微电子机械加工技术成功地研制出电势激励、压阻拾振的高精度硅谐振梁式压力传感器 .传感器的谐振器的品质因素 Q值大于 170 0 0 .采用扫描检测方式和闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性 ,其压力测试范围为 0~ 40 0 k Pa,... 利用微电子机械加工技术成功地研制出电势激励、压阻拾振的高精度硅谐振梁式压力传感器 .传感器的谐振器的品质因素 Q值大于 170 0 0 .采用扫描检测方式和闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性 ,其压力测试范围为 0~ 40 0 k Pa,线性相关系数为0 .99995 ,测试精度小于 0 .0 6 % F.S. 展开更多
关键词 微电子机械加工 压力传感器 微结构 谐振梁式
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微型硅谐振式压力传感器的研制 被引量:7
5
作者 陈德勇 崔大付 +2 位作者 王利 于中尧 韩泾鸿 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2001年第2期49-51,共3页
利用微电子机械加工技术成功地研制出电热激励、压阻拾振的高精度硅谐振梁式压力传感器。传感器的谐振器的品质因素Q值在真空中大于 10 0 0 0。采用特殊闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性 ,压力测试范围 0~ 40 0kPa ,线性相关... 利用微电子机械加工技术成功地研制出电热激励、压阻拾振的高精度硅谐振梁式压力传感器。传感器的谐振器的品质因素Q值在真空中大于 10 0 0 0。采用特殊闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性 ,压力测试范围 0~ 40 0kPa ,线性相关系数 0 .9999,测试精度优于 0 .1%FS。 展开更多
关键词 微电子机械加工技术 硅谐振梁 压力传感器
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静电激励硅微机械谐振压力传感器设计 被引量:11
6
作者 任森 苑伟政 +1 位作者 邓进军 孙小东 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2014年第1期64-67,71,共5页
设计了一种静电激励/电容检测的硅微机械谐振压力传感器,采用改进的侧向动平衡双端固支音叉谐振器,利用基于绝缘体上硅的加工工艺制作。为了抑制压力敏感膜片受压变形时谐振器的高度变化,在谐振器固定端设计了全新的桁架结构。针对... 设计了一种静电激励/电容检测的硅微机械谐振压力传感器,采用改进的侧向动平衡双端固支音叉谐振器,利用基于绝缘体上硅的加工工艺制作。为了抑制压力敏感膜片受压变形时谐振器的高度变化,在谐振器固定端设计了全新的桁架结构。针对传感器检测信号微弱和同频干扰严重的特点,在芯体和接口电路设计中采取添加屏蔽电极、降低交流驱动电压幅值、差动电容检测和高频载波调制解调方案等多项措施。同时基于该接口电路设计了开环测试系统,并在常压封装条件下对传感器进行了初步性能测试。实验结果表明:其基础谐振频率为33.886kHz,振动品质因数为1222;测量范围为表压0-280kPa,非线性为0.018%FS,迟滞为0.176%FS,重复性为0.213%FS;在--20-60℃的温度范围内,谐振器的平均温度漂移为-0.037%/℃。 展开更多
关键词 谐振 压力传感器 静电激励 电容检测 绝缘体上硅
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一种用于复杂环境下的高精度微型谐振式压力传感器 被引量:8
7
作者 许高斌 陈诚 +3 位作者 陈兴 马渊明 于永强 张倩 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期980-988,共9页
微谐振式压力传感器因其体积小、精度高等特点而被广泛研究,本文基于谐振器在不同压力载荷下侧向振动时其等效刚度随轴向应力的改变而变化的原理,设计了一种静电激励/电容检测的谐振式压力传感器。本设计采用的谐振器结构与现有研究不同... 微谐振式压力传感器因其体积小、精度高等特点而被广泛研究,本文基于谐振器在不同压力载荷下侧向振动时其等效刚度随轴向应力的改变而变化的原理,设计了一种静电激励/电容检测的谐振式压力传感器。本设计采用的谐振器结构与现有研究不同,通过在谐振梁的两边设计了两根侧梁用于抑制谐振器的Z向位移,提高了传感器的稳定性,并且双面梳齿结构和复合温敏梁可进一步优化传感器检测灵敏度等性能。在ANSYS WORKBENCH仿真平台下对其进行分析与验证,结果表明:侧梁可有效地抑制谐振器的Z向位移,在0~100 MPa范围内谐振器具有良好的正向应力特性;传感器基础谐振频率为29.834 kHz,在0~120 kPa范围内灵敏度可达29.6Hz/kPa,且最大过压1.5×FS时仍具备频率稳定性,这表明该传感器可应用于对灵敏度、抗过压等性能有更高要求的复杂环境中。 展开更多
关键词 谐振式压力传感器 静电激励 电容检测 侧梁 复合温敏梁
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硅谐振梁式压力传感器模拟计算 被引量:4
8
作者 樊尚春 刘广玉 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第1期37-40,共4页
本文给出一种硅谐振梁式压力传感器的敏感结构:以2×2mm2的方形硅膜片直接敏感被测压力,膜片的上表面架设有600×50×5μm3两端固支的硅谐振梁,间接感受压力作用,谐振梁封装在真空腔内。利用谐振梁的固有... 本文给出一种硅谐振梁式压力传感器的敏感结构:以2×2mm2的方形硅膜片直接敏感被测压力,膜片的上表面架设有600×50×5μm3两端固支的硅谐振梁,间接感受压力作用,谐振梁封装在真空腔内。利用谐振梁的固有频率与被测压力的关系进行测量。针对这种谐振敏感结构的特征,建立其数学模型,通过模拟计算,得到若干规律性的结果,给出一组合理的设计参数。 展开更多
关键词 硅微结构 谐振梁 压力传感器 模拟计算
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微机械氮化硅梁谐振式压力传感器 被引量:4
9
作者 陈德勇 崔大付 +1 位作者 于中尧 王利 《机械强度》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第4期543-547,共5页
报导一种新型的电热激励、压阻拾振的氮化硅梁谐振式压力传感器。器件采用微电子机械加工技术和键合技术研制。谐振频率 85kHz ,空气中品质因素Q值接近 10 0 0 ,在真空中达到 40 0 0 0。采用闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性 ... 报导一种新型的电热激励、压阻拾振的氮化硅梁谐振式压力传感器。器件采用微电子机械加工技术和键合技术研制。谐振频率 85kHz ,空气中品质因素Q值接近 10 0 0 ,在真空中达到 40 0 0 0。采用闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性 ,压力测试范围 0~ 40 0kPa ,灵敏度 2 3.8Hz kPa。 展开更多
关键词 微电子机械加工技术 氮化硅梁 谐振式压力传感器
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一种硅微谐振式压力传感器的敏感膜片设计 被引量:5
10
作者 任森 苑伟政 邓进军 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第05B期1855-1858,1862,共5页
根据正方形膜片的变形和应力分布情况,提出了一种硅微谐振式压力传感器敏感膜片的设计方法,设计了两种正方形间接连接式压力敏感膜片.在相同的膜片面积下,新膜片与原有矩形间接连接式压力敏感膜片性能相近,为内部谐振器的多样化提供了基... 根据正方形膜片的变形和应力分布情况,提出了一种硅微谐振式压力传感器敏感膜片的设计方法,设计了两种正方形间接连接式压力敏感膜片.在相同的膜片面积下,新膜片与原有矩形间接连接式压力敏感膜片性能相近,为内部谐振器的多样化提供了基础.最后,就压力敏感膜片的工艺设计进行了探讨,认为采用正方形凸角补偿结构的〈110〉硅岛和采用边长补偿的〈100〉硅岛最适合间接连接式压力敏感膜片. 展开更多
关键词 谐振式压力传感器 敏感膜片 硅岛 凸角补偿
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硅谐振式压力微传感器闭环系统 被引量:9
11
作者 李海娟 周浩敏 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期331-335,共5页
硅谐振压力微传感器在自激振荡回路中采取电阻热激励、电阻拾振时得到的信号 ,由于有用信号本身的量级小 ,因而含有严重的同频干扰信号 (耦合激励信号 ) ,信噪比SNR (SignalNoiseRatio)仅为 1 0 - 3数量级 .为了提高信噪比 ,滤除同频干... 硅谐振压力微传感器在自激振荡回路中采取电阻热激励、电阻拾振时得到的信号 ,由于有用信号本身的量级小 ,因而含有严重的同频干扰信号 (耦合激励信号 ) ,信噪比SNR (SignalNoiseRatio)仅为 1 0 - 3数量级 .为了提高信噪比 ,滤除同频干扰 ,多级放大之后的处理中将锁相环PLL (Phase-LockedLoop)工作原理和分频技术相结合 ,由锁相环输出作为传感器的激励和鉴相相关信号 ,搭建硅谐振压力微传感器闭环自激振荡回路 .结果表明 :采用锁相分频技术的微传感器闭环系统能可靠运行 。 展开更多
关键词 同频干扰 锁相环 谐振 信号 分频 信噪比 PLL 压力微传感器 闭环系统 热激励
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热激励谐振式硅微结构压力传感器 被引量:8
12
作者 樊尚春 《科学技术与工程》 2004年第5期426-429,共4页
针对一种以矩形硅膜片为一次敏感元件、硅梁谐振子为二次敏感元件采用电阻热激励、压敏电阻拾振的谐振式压力微传感器 ,简述了其工作机理 ;从谐振式硅微传感器整体优化设计、闭环系统优化设计、微弱信号检测、敏感元件工艺实践。
关键词 热激励 谐振式硅微结构 压力传感器 谐振式传感器 优化设计 闭环系统
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热激励硅谐振式压力传感器温度场的有限元计算
13
作者 樊尚春 邢维巍 贾振宏 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第z2期561-562,共2页
针对一种典型的采用电阻热激励、压敏电阻拾振的压力微传感器的实际结构,利用有限元法系统地对其温度场进行了模拟计算。分析并得出了激励电阻在梁谐振子上位置、长度、宽度变化时;梁谐振子长度、宽度、厚度变化时;以及激、拾振电阻共... 针对一种典型的采用电阻热激励、压敏电阻拾振的压力微传感器的实际结构,利用有限元法系统地对其温度场进行了模拟计算。分析并得出了激励电阻在梁谐振子上位置、长度、宽度变化时;梁谐振子长度、宽度、厚度变化时;以及激、拾振电阻共同作用时,梁谐振子温度场的分布规律。 展开更多
关键词 热激励 谐振式传感器 压力传感器 硅微结构 有限元法
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光激励微型硅谐振器研究
14
作者 高金山 王家桢 童诗白 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第5期60-62,共3页
本文介绍了一种可以形成新型光纤传感器的微型硅谐振器,其基本原理是微型硅谐振器在调制光的光热作用下产生谐振,被测物理参数使谐振频率发生改变.文中给出了用单晶硅制作桥型微谐振器的方法,研究了微型谐振器在光激励下产生振动的... 本文介绍了一种可以形成新型光纤传感器的微型硅谐振器,其基本原理是微型硅谐振器在调制光的光热作用下产生谐振,被测物理参数使谐振频率发生改变.文中给出了用单晶硅制作桥型微谐振器的方法,研究了微型谐振器在光激励下产生振动的机理. 展开更多
关键词 硅微结构 谐振传感器 光纤传感器
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基于多频扫描的硅微谐振压力传感器测试方法
15
作者 程波 苑伟政 +1 位作者 任森 王飞 《传感器与微系统》 CSCD 2017年第10期17-19,共3页
为了对硅微谐振压力传感器进行快速、高精度的开环特性测试,提出了一种基于多频扫描的频率特性测试方法。通过数字电路将多个不同频率的扫频信号叠加作为驱动信号,以实现在整个测试频带范围内高效且高精度的频率特性测试。搭建了以现场... 为了对硅微谐振压力传感器进行快速、高精度的开环特性测试,提出了一种基于多频扫描的频率特性测试方法。通过数字电路将多个不同频率的扫频信号叠加作为驱动信号,以实现在整个测试频带范围内高效且高精度的频率特性测试。搭建了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的多频扫描测试系统,采用4个正弦扫频信号叠加进行测试,结果表明:多频扫描测试与稳态扫描测试精度基本一致,但测试效率提高了4倍。多频扫描测试方法在保证测试精度的前提下,显著提高了测试效率,能够更好地满足高Q值传感器及其在批量生产过程中的测试需求。 展开更多
关键词 多频扫描 硅微谐振压力传感器 频率特性
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硅谐振式压力传感器敏感结构设计与仿真 被引量:8
16
作者 平文 孔德义 单建华 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2017年第3期1-4,8,共5页
根据双端固支梁的谐振频率求解,以及方形膜片在压力下形变和应力的理论分析,设计了一个基于梁-膜结构硅谐振式压力传感器敏感结构的模型。对该模型进行ANSYS仿真,得到它在1个大气压下的总形变和应力分布,以及前六阶的振动模态。比较方... 根据双端固支梁的谐振频率求解,以及方形膜片在压力下形变和应力的理论分析,设计了一个基于梁-膜结构硅谐振式压力传感器敏感结构的模型。对该模型进行ANSYS仿真,得到它在1个大气压下的总形变和应力分布,以及前六阶的振动模态。比较方形膜片和长方形膜片下敏感结构的仿真结果,得出相同面积下长方形膜片的灵敏度更高,检测时非线性误差更小。通过对不同厚度硅梁与硅膜下敏感结构的仿真,最终设定硅膜与硅梁的厚度分别为50μm和10μm。该传感器主要用于航空仪器仪表中对大气压的高精度检测。 展开更多
关键词 谐振式压力传感器 敏感结构 谐振梁 硅膜 模态仿真 灵敏度
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热激励硅谐振式压力传感器的研制 被引量:3
17
作者 高晓童 崔大付 +2 位作者 陈德勇 王利 王蕾 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2004年第4期1-2,共2页
介绍了基于表面微加工工艺和多孔硅牺牲层技术,设计并制作出梁膜一体化的热激励硅谐振梁压力传感器,给出了制作的工艺过程和参数,测试了传感器在真空中开环状态下的谐振频率-压力特性及幅频特性,其灵敏度达到54 89Hz/kPa,Q值大于20000,0... 介绍了基于表面微加工工艺和多孔硅牺牲层技术,设计并制作出梁膜一体化的热激励硅谐振梁压力传感器,给出了制作的工艺过程和参数,测试了传感器在真空中开环状态下的谐振频率-压力特性及幅频特性,其灵敏度达到54 89Hz/kPa,Q值大于20000,0~300kPa范围内线性相关系数为0 9997。 展开更多
关键词 谐振梁 压力传感器 多孔硅 热激励 牺牲层 研制
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悬臂梁式环形谐振腔微压传感器的研究 被引量:3
18
作者 苏莹 闫树斌 +3 位作者 张志东 汤跃 王瑞兵 陈慧斌 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2017年第3期9-12,16,共5页
针对传统微压传感器灵敏度低、体积大的问题,提出了一种新型悬臂梁式环形谐振腔微压传感器。首先理论分析了悬臂梁式环形谐振腔微压传感器的工作原理,然后对悬臂梁结构进行了建模仿真,同时也确定了悬臂梁和环形谐振腔的最佳结构参数,最... 针对传统微压传感器灵敏度低、体积大的问题,提出了一种新型悬臂梁式环形谐振腔微压传感器。首先理论分析了悬臂梁式环形谐振腔微压传感器的工作原理,然后对悬臂梁结构进行了建模仿真,同时也确定了悬臂梁和环形谐振腔的最佳结构参数,最后利用MEMS工艺在SOI材料上制备了该新型传感器。利用光学耦合测试平台,对所加工的环形谐振腔进行性能测试,实验测得环形谐振腔的Q值为7.75×10~4,传感器的灵敏度为31 pm/k Pa,可以满足微压传感器高灵敏度的要求。 展开更多
关键词 微压传感 绝缘体上硅 悬臂梁 环形谐振腔 灵敏度 品质因数
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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
19
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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H型梁谐振式MEMS压力传感器设计 被引量:3
20
作者 黄崇勇 许高斌 +1 位作者 陈兴 马渊明 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2022年第2期213-218,共6页
谐振式微电子机械系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)压力传感器因其灵敏度高、体积小等特点近年来被广泛研究。根据谐振梁在不同压力作用下发生振动时,轴向应力的改变引起谐振梁等效刚度变化,从而进一步改变谐振梁谐振频率的... 谐振式微电子机械系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)压力传感器因其灵敏度高、体积小等特点近年来被广泛研究。根据谐振梁在不同压力作用下发生振动时,轴向应力的改变引起谐振梁等效刚度变化,从而进一步改变谐振梁谐振频率的原理,文章提出一种采用电磁激励/电磁拾振方式测量外界压力的谐振式压力传感器,并对传感器建立模型,利用ANSYS有限元仿真软件对传感器进行模拟分析与仿真验证。结果表明,量程为0~300 kPa、最大过载1.2倍满量程(full-scale,FS)时,初始频率为57.984 kHz,传感器灵敏度达66.98 Hz/kPa,非线性误差小于0.15%FS。 展开更多
关键词 微电子机械系统(MEMS) 谐振式压力传感器 电磁激励 频率测量 H型双端固支梁
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