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对设计的大量程加速度传感器进行冲击测试，分析该种传感器结构在高冲击环境下的输出信号及可靠性。加速度传感器结构采用四端全固支结构，通过在梁的端部和根部设计倒角结构以分散应力。测试结果表明该传感器在232119.4g下可以测试到有效输出信号。同时，对测试中失效传感器进行了分析，总结出大量程加速度传感器的在高冲击环境下的失效模式主要为键合引线的脱落、微梁的断裂和封装失效。
MEMS面内大量程加速度传感器设计与分析
MEMS加速度传感器 大量程 面内 结构设计
2014/4/29
针对目前导弹引信等武器系统领域对大量程加速度传感器的迫切需求，设计了一种测量平面内加速度的大量程压阻式加速度传感器。该传感器结构双端固支梁-质量块结构，可有效消除敏感轴轴间的交叉干扰，提高了测量精度。仿真分析表明传感器在敏感轴轴向灵敏度为1.41V/g，可实现对150,000g的加速度载荷的测量。
提出了一种MEMS应变式结冰传感器。传感器基于结冰造成薄膜刚度改变的原理，采用惠斯通电桥结构检测结冰薄膜上应变电阻的变化，感知结冰信号。传感器利用惠斯通电桥自身结构及外加温度补偿电路，可有效地抑制输出信号的温漂。通过理论分析和有限元仿真，分析了器件的敏感机理，并对结构参数进行计算。采用与IC工艺兼容的体硅MEMS工艺完成传感器的加工。实验结果表明，传感器检测结冰厚度的灵敏度优于0.1mm。
针对捷联式姿态确定系统误差随时间积累的缺点，设计了一种由MEMS陀螺、加速度计及微磁强计组合的姿态确定系统。采用Allan方差方法分析了陀螺随机误差，通过建立姿态误差四元数微分方程和磁强计线性化测量方程，设计了姿态估计卡尔曼滤波器。系统采用实际测量值进行姿态解算，结果表明这种组合能够有效抑制传感器随机漂移引起的姿态误差，系统具有体积小、成本低、性能可靠等优点。
MEMS微型热敏传感器在流动测量领域有重要应用，而隔热结构对传感器性能有着决定性影响。综合六种常见的隔热结构，借助有限元计算研究对比了硅基底上不同隔热层材料、硅基底上有无隔热空腔结构、全聚合物柔性基底、全硅基底等对传感器灵敏度、热响应速度的影响情况，结合对热敏传感机理的分析进行了影响原因及其规律探讨。该研究可为微型热敏传感器的隔热结构设计及其性能优化提供参考依据。
基于Verilog-A的电容式MEMS加速度计模型
MEMS加速度计 Verilog-A模型 寄生电容 热机械噪声
2014/5/14
本文分析了传统MEMS电容式加速度计模型的不足，根据三明治结构电容式加速度计的特点，考虑了寄生电容和热机械噪声的影响，建立了用Verilog-A硬件描述语言实现的模型。该模型与主流集成电路设计环境相兼容，具有很强的可移植性。模拟验证结果表明，该模型如实反映了MEMS电容式加速度计的工作状态，能够为设计单片集成的微弱电容检测电路提供有效的帮助。
MEMS高g加速度传感器封装热应力的研究
封装 MEMS高g加速度传感器 热应力 贴片工艺 热膨胀系数
2014/4/30
封装热应力是导致MEMS器件失效的主要原因之一，本文设计了一种MEMS高g加速度传感器，并仿真研究了传感器在封装过程中的热应力及影响其大小的因素。根据封装工艺，建立设计的高g加速度传感器封装的有限元模型，利用ANSYS软件仿真传感器在不同的贴片工艺中受到的热应力及影响热应力的因素。结果显示，在封装中，与直接贴片到管壳底部相比，MEMS高g加速度传感器芯片底面健合高硼硅玻璃后再贴片到管壳底部时，封装...
基于圆柱绕流的理论分析给出圆柱体周边压强分布方程，并据此提出了一种新型的基于MEMS的固态风速风向传感器结构。建立了其内部流体流动的理论模型，并利用该模型进行数值计算得到了这种传感器的最优结构参数。分析表明，利用相互正交的MEMS风速传感器测量风向是可行的，并且具有多个通风孔结构的传感器可以有更高的精度。
基于UKF的MEMS传感器姿态测量系统
惯性导航 姿态测量 微机电系统(MEMS) 无先导卡尔曼滤波(UKF)
2014/4/29
针对工业和民用领域对姿态测量的需求，提出了基于MEMS加速度计、陀螺仪和磁强计的姿态测量系统，并采用无先导卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter，UKF)方法处理传感器数据。针对基于加速度计和磁强计的姿态测量方式在动态测量时不准确的问题和单独采用陀螺仪测量角度产生漂移的问题，设计了基于方向旋转矩阵的UKF滤波器：结合两种测量方式的优点，互相克服各自的不足。经过UKF处理后：在静...
水参数的测量是水资源保护和海洋科学的基础，水温与电导率这两个联系紧密的物理量是其中的重要参数；集成传感器芯片的研制对环境保护、工农业生产活动及科学研究具有重要意义。目前已有的高精度CTD测试系统，均是采用传统的机械加工方法将分立传感器组装在一起而形成的，工艺较为复杂，仪器间容易形成较大的随机加工误差且造价昂贵。本文采用MEMS技术将温度传感器与电导率传感器集成在一个小芯片上，实验验证了集成芯片具有...
基于MEMS微触觉测头和纳米测量机的特征尺寸测量
微机电系统 微触觉测头 尺寸测量 纳米测量机
2014/5/12
针对微小结构几何量测量的需求，通过集成MEMS微触觉测头和纳米测量机构建了高精度的测量系统。在验证测头性能的基础上，完成了一系列判断测头测量分辨力和精度的实验，在轴向、同向横向、异向横向三个方向测量的标准偏差分别为41.7552nm，6.05μm，6.16μm，同时，在扫描实验中进程回程扫描差值的标准偏差为23.088nm。
MEMS周期运动测试中频闪成像与运动激励的同步控制
MEMS测试 频闪成像 运动激励 同步控制
2014/5/13
微结构运动测试技术已成为MEMS测试技术的重要组成部分。由于MEMS器件中微结构的运动频率较高，频闪成像法得到了广泛的应用。本文针对静电型MEMS周期运动测试的要求，设计并研制了一种基于FPGA的频闪成像和运动激励同步控制系统，用于MEMS器件的周期运动激励和微结构高速周期运动过程中清晰图像的获取。实验表明，频闪照明的最小脉冲宽度为10ns，运动相位的调整间隔小于3.75°，能够满足周期运动频率为...
MEMS加速度计信号光电检测与电容检测的噪声分析
电容检测 光电检测 热机械噪声 电学噪声
2014/5/14
在简要介绍高精度MEMS扭摆式加速度计电容检测和光电检测实现原理的基础上，分析了该加速度计热机械噪声和电学噪声特性。该加速度计结构在品质因数Q=1和Q=85时，热机械噪声分别为2.4μg/√Hz和0.28μg/√Hz。对于电学噪声，电容检测的电学噪声为3.27μg/√Hz，光电检测在只考虑电学噪声时能分辨的最小加速度可达0.05μg。对比得出对于扭摆式加速度计结构，光电检测具有比电容检测更小的系统...
MEMS加速度计信号光电检测与电容检测的噪声分析
电容检测 光电检测 热机械噪声 电学噪声
2014/5/14
在简要介绍高精度MEMS扭摆式加速度计电容检测和光电检测实现原理的基础上，分析了该加速度计热机械噪声和电学噪声特性。该加速度计结构在品质因数Q=1和Q=85时，热机械噪声分别为2.4μg/√Hz和0.28μg/√Hz。对于电学噪声，电容检测的电学噪声为3.27μg/√Hz，光电检测在只考虑电学噪声时能分辨的最小加速度可达0.05μg。对比得出对于扭摆式加速度计结构，光电检测具有比电容检测更小的系统...