基于非硅MEMS的新型微机械加速度计若干技术的研究
基于视觉对准的非硅MEMS微小型结构件微装配系统
兵 工 自Байду номын сангаас动 化
Ｏｒ ｄ ｎａ ｎｃ ｅ Ｉ ｎ ｄ ｕｓ ｔ ｒ ｙ Ａｕｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ・７ ９・
３ ２ （ ５ ）
基 于 视 觉 对 准 的 非 硅 ＭＥ ＭＳ微 小 型 结 构 件 微 装 配 系 统
周 智 ， 张之 敬 ，张 晓峰 ，唐 永 龙
（ 北 京理 工 大学 机械 与 车辆 学 院， 北京 １ ０ ０ ０ ８ １ ）
摘要 ：为满足 非 硅 ＭＥ ＭＳ微 小型 结构件 的 高精度 柔性 装 配需 求 ，设 计 一种 基 于正 交 光路 分 时成像 视 觉对 准 的机 器人 串行微 装 配 系统 。介 绍 目前 微 小型 结构 、非硅 ＭＥ ＭＳ和 机 器人微 装 配 系统 的发展 概 况 ，给 出其 总体 结构组 成 及 典 型 装 配过程 ，重 点分析 视 觉对 准 系统摄 像 机标 定 方法 ，对 标 定误 差进 行 分析 ，最后 对 装 配 系统 进行 非硅 ＭＥ ＭＳ典 型 零 件装 配 实验 分析 。结 果表 明 ：所设 计 的装 配 系统视 觉 系统 检 测精度 ＜５ ． ５ ｕ ｍ，能满足 一般 精 度 的非硅 ＭＥ ＭＳ微
ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｇ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ’ Ｓ ｃ ａ ｍｅ ｒ ａ ｉ ｓ ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｆ ｏ ｃ ｕ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｒｏ ｒ ｉ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ． Ｆｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ，ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｙ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ ｎ ｏ ｎ ． ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｉ ｍｐｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ．Ａｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｒｏ ｒ ｏ ｆ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｙ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｇ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ａ ｎ ５ ． ５ ｐ ． ｍ ，ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｍｅ ｅ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｙ
加速度计在集成电路中的应用
加速度计在集成电路中的应用1.引言1.1 概述加速度计是一种可以测量物体加速度的传感器，它在集成电路中的应用越来越广泛。
随着现代科技的发展，人们对于精准测量运动和姿态的需求也越来越大，而加速度计正好可以满足这一需求。
加速度计的原理是基于牛顿力学的加速度定义，通过测量物体在空间中的加速度来反映物体的运动状态。
在集成电路中，加速度计通常由微机电系统（MEMS）技术制造而成，它是将微机电器件与集成电路技术相结合的产物。
加速度计在集成电路中的组成主要包括感应结构、信号采集电路和控制电路。
感应结构是实现加速度测量的核心部件，它通常由微机电器件制成，可以将物体的加速度转化为电信号。
信号采集电路负责对感应结构输出的电信号进行放大、滤波和转换等处理，以保证信号的准确性和稳定性。
控制电路则用于控制和管理加速度计的工作状态，包括供电、校准、数据传输等功能。
加速度计在集成电路中的应用优势主要体现在以下几个方面。
首先，由于集成电路的小型化和集成化特点，加速度计可以更加紧凑地集成到各种设备中，如智能手机、平板电脑和智能手表等。
其次，集成电路的制造工艺相对成熟，可以大规模生产，从而降低了生产成本，提高了加速度计的供应量和市场普及度。
此外，加速度计在集成电路中还可以与其他传感器和模块进行集成，实现更多的功能和应用，如姿态测量、动作识别和室内导航等。
对于加速度计在未来的发展前景，可以预见的是其应用领域将更加广泛。
随着物联网和人工智能技术的不断发展，加速度计将在健康监测、智能家居、无人驾驶等领域发挥重要作用。
同时，随着MEMS技术的不断创新和突破，加速度计的精度和灵敏度将不断提高，功能也将更加丰富和多样化。
可以预见的是，加速度计在未来将成为集成电路中的重要组成部分，为人们的生活和工作带来更多的便利和创新。
文章结构是指文章的组织框架，它决定了文章的逻辑顺序和内容安排。
本文主要介绍了加速度计在集成电路中的应用，文章结构如下：1. 引言1.1 概述引入加速度计在集成电路中的应用，并描述其在现代科技和工程领域的重要性。
微机电系统MEMS技术的研究与应用2
4/200417科技导报4/2004微机电系统(MEM S )技术的研究与应用高世桥1曲大成2(北京理工大学机电工程学院,博士、教授、博士生导师1;信息科学技术学院,博士2北京100081)一、微机电系统的发展在自然界中,人们对未知领域的物理研究越来越呈现出两级化的发展趋势。
一方面是针对宇宙的极大化研究,尺度特征为光年,研究手段以射电望远镜为代表;另一方面是针对原子、分子和电子等的极小化研究,尺度特征为微米、纳米甚至皮米,研究手段以扫描隧道显微镜为代表。
这其中,微型化是近二三十年自然科学和工程技术发展的一个重要趋势,而微/纳米技术的研究则推动了这一领域的蓬勃发展。
微机电系统(M icroelectrom echanical S y stems ,简称MEM S )是微/纳米技术研究的一个重要方向,是继微电子技术之后在微尺度研究领域中的又一次革命。
MEM S 是指将微结构的传感技术、致动技术和微电子控制技术集成于一体,形成同时具有“传感-计算(控制)-执行”功能的智能微型装置或系统。
MEM S 的加工尺寸在微米(μm )量级,系统尺寸在毫米(mm )量级。
它的学科交叉程度大,其研究已延伸至机械、材料、光学、流体、化学、医学、生物等学科,技术影响遍及包括各种传感器件、医疗、生物芯片、通信、机器人、能源、武器、航空航天等领域。
MEM S 的发展源于集成电路,但又与之有所区别;MEM S 能够感知物理世界中的各种信息,并由计算单元对信息进行处理,再通过执行器对环境实施作用与控制。
微型化是MEM S 的一个重要特点,但不是唯一特点。
首先,MEM S 不仅体积小、重量轻,同时具有谐振频率和品质因子高(高Q 值)、能量损失小等特点。
其次,可批量加工特点大大降低了MEM S 产品成本;若借助于MEM S 器件库,MEM S 的设计将更加灵活,重用率更高。
最后,强大的计算能力是MEM S 系统实现信息采集、处理、控制的关键,充分利用集成电路的计算优势将会拓展MEM S 在智能控制等领域的应用。
MEMS加速度计
MEMS加速度计MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）加速度计是一种集成了微电子技术、微机械技术和传感器技术的微型加速度计。
MEMS加速度计以微机电系统技术为基础，利用微型机械结构和微电子技术制作而成的一种传感器。
其结构通常包括一个质量并且可以在三个不同方向上移动的臂梁，一些感应电极以及一个基座。
当加速度计受到外部加速度作用时，质量会受力发生偏移，从而导致感应电极的电荷和电场发生变化，通过测量这些变化，就可以得到外部加速度的信息。
MEMS加速度计主要有压电加速度计和电容加速度计两种类型。
压电加速度计是利用压电效应实现加速度测量的，当受到外部加速度作用时，压电材料产生电荷，从而产生电压输出。
电容加速度计是基于电容变化原理设计的，当加速度计产生加速度时，微机械结构中的电容会发生变化，通过测量电容变化就可以得到加速度的信息。
由于压电加速度计和电容加速度计都是微型化设计，制作工艺成熟，因此MEMS加速度计具有尺寸小、功耗低、成本低和可靠性高等特点。
MEMS加速度计广泛应用于许多领域，特别是在移动设备、汽车、航空航天、智能穿戴设备和工业自动化等领域。
在移动设备方面，MEMS加速度计可用于屏幕旋转、晃动控制和跌落检测等功能。
在汽车领域，MEMS加速度计能够实现碰撞检测、车身稳定控制和自动泊车等功能。
在航空航天领域，MEMS加速度计可用于姿态测量和导航系统。
在智能穿戴设备方面，MEMS加速度计可用于步数统计、睡眠监测和运动追踪等功能。
在工业自动化领域，MEMS加速度计可用于振动检测和故障诊断等应用。
然而，MEMS加速度计也存在一些问题。
首先，由于其微小尺寸，对温度、湿度和振动等环境因素的影响较大，可能会导致测量误差。
其次，MEMS加速度计的精度和分辨率相对较低，对微小加速度的测量不够敏感。
此外，MEMS加速度计的线性度和漂移等问题也需要进一步优化和改进。
综上所述，MEMS加速度计作为一种集成了微电子技术、微机械技术和传感器技术的微型加速度计，在各个领域有着重要的应用价值。
mems电容式加速度计原理
MEMS电容式加速度计原理一、工作原理MEMS电容式加速度计是一种基于微机械加工技术制成的传感器，用于测量加速度。
其核心部分是可移动的感应质量块和固定电极，它们之间存在微小的间距。
在工作状态下，当被测物体发生加速度时，感应质量块会受到力的作用，从而产生位移。
这个位移量会改变感应质量块与固定电极之间的距离，从而引起电容值的改变。
通过测量电容值的变化，可以推导出物体的加速度。
二、结构设计MEMS电容式加速度计的典型结构包括一个可移动的感应质量块和两个对称的固定电极。
感应质量块通常采用单晶硅材料制成，形状为长方形或圆形，其两端固定在弹性梁上。
弹性梁的材料一般为氮化硅或石英，它们具有良好的弹性性能和稳定的热性能。
固定电极一般采用金属材料制成，与硅衬底形成电容器。
当加速度作用在感应质量块上时，感应质量块会沿着敏感轴方向产生位移，从而改变电容器的电容值。
三、电容变化当感应质量块发生位移时，它与固定电极之间的距离会发生变化，导致电容值的改变。
这个电容变化量可以通过外部电路检测并转换为电压信号输出。
在MEMS电容式加速度计中，通常采用差分电容检测方式来提高检测灵敏度和减小外界干扰的影响。
差分电容检测方式是将两个对称的电容器串联在一起，通过测量两个电容器的电容差值来推导出加速度值。
四、测量范围MEMS电容式加速度计的测量范围取决于其结构设计、制造工艺和材料选择等因素。
一般来说，MEMS电容式加速度计的测量范围在±2g 至±10g之间。
在实际应用中，可以根据需要选择适合测量范围的加速度计。
此外，为了减小测量误差和提高测量的稳定性，可以对加速度计进行温度补偿和线性补偿等处理。
五、方向测量MEMS电容式加速度计一般只能测量单一方向的加速度值，而要实现方向测量则需要使用多个加速度计。
一般来说，将多个MEMS电容式加速度计按不同的方向布置在同一个被测物体上，每个加速度计负责测量一个方向的加速度值。
通过对这些加速度值进行处理和分析，可以获得物体在三维空间中的运动状态和方向信息。
基于mems电容式加速度
基于mems电容式加速度
计的应用场景包括：
1. 汽车行驶控制：利用mems电容式加速度计检测汽车运动状态，如加速度和倾角等，可以帮助控制汽车的方向、速度和稳定性。
2. 物体运动跟踪：通过mems电容式加速度计数据可以实现对物体的运动轨迹进行跟踪和分析，例如在体育运动中对运动员的动作进行分析。
3. 移动设备：mems电容式加速度计被广泛应用于移动设备中，如智能手机和平板电脑中的重力感应器，可以帮助设备实现自动旋转屏幕、晃动、震动等功能。
4. 抗震设备：mems电容式加速度计可以用于抗震设备中，通过监测地面的震动，可以触发对建筑物、桥梁等设施的稳定控制。
5. 工业领域：mems电容式加速度计可以用于机器设备中，如对振动、轴向冲击力等进行测量和控制，实现工业设备的稳定运行。
非硅MEMS电容式微加速度计的测控电路设计
法 电路组成 。完成了微加速度计测控 电路 的调试和检测通道的标定 实验 ， 实验表明 ： 检测通道的量程 约为 ±６ Ｆ 灵敏度为 ８ ． ／ Ｆ 线性度为 ２ ５ ， ， ｐ ９３ ｍＶ ｐ ， ．９％ 满足加速度计检测通道 的要求 。
关键词 ：微机 电系统 ； 微加速度计 ； 差分 电容 ； 测控 电路 ； 标定 中图分类号 ：Ｖ２ １４ Ｔ ２２ １ ４ ． ， Ｐ １ ． 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ －７ ７ ２ １ ）２ ０ ００ ０ ０９８ （ ０２ ０ － ９ －３ ０
Ａｂ ｔａ ｔ ｏ ｉ ｒ ｖ ｈ ｎ ｉ ｖ ｒｌ ａ ｉ ｇ ｃ ｐ ｂ ｌ ｙ ｏ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ａ ｔ ｏ ｅ ｏ ｄｎ ａ ａ ｉ ｔ ｆＭＥＭＳ ｍｉｒ ａ ｃ ｌ ｒ ｍｅｅ ， ｅ ｏ —ｉ ｃ ｎ ＭＥ — ｉ ｃｏ ｃ ｅｅ ｏ ｔｒ ａ ｎ ｗ ｎ ｎ ｓ ｉｏ ＭＳ ｌ ｃ ｐ ｃｔ ｅ ｍｉ ｒａ ｃ ｌｒ ｍｅｅ ａ ｅ ｎ Ｕ Ｌ ＧＡ ｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｔ ｄ ｔｃ ｉｎ ａ ｄ ｃ ｎｒ ｌｃｒ ｕ ｔ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔ ｌ ａ ａ ｉ ｖ ｃ ｏ ｃ ｅｅ ｏ ｔｒｂ ｓ ｄ ｏ Ｖ— Ｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ ｉ ｅ ｅ ｔ ｎ ｏ ｔ ｉ ｉ ｆｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ｉ ｓ ｏ ｏ ｃ ｓ ｆ ａ
（ 海交通大学 微纳科学技术研究院 ，
摘
要：为 了提高 ＭＥ ＭＳ微加速度计 的量程和抗过载能力 ， 设计 了基于 ｕ —ＩＡ技术 的非硅 Ｍ Ｍ Ｖ ＬＧ Ｅ Ｓ电容
式微加速度计 。针对该 加速度计 ， 计了基于相敏解调 的差分 电容测控 电路 。检 测通道 主要 由前置级 电 设 荷积分放大 电路 、 带通滤波 电路 、 相敏解调器 、 低通滤波 以及 电平转换 电路组成 ， 反馈通道 由低通滤波和加
电容式MEMS加速度计的设计与制备技术研究
电容式MEMS加速度计的设计与制备技术研究MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是微机电系统的英文缩写，是将微米尺度的机械系统集成到微电子芯片中的一种技术。
MEMS技术被广泛应用于各种领域，包括传感器、生物医学、微电子器件等。
其中，MEMS加速度计是一种常用的MEMS传感器，用于测量物体在三个不同轴向上的加速度，并且可以识别物体的轴向。
电容式MEMS加速度计是MEMS加速度计中一种常用的构型。
它采用了电容原理，通过测量微机械加速度感应器上电容的变化来检测加速度。
电容式MEMS加速度计的设计与制备技术是MEMS技术领域内的热门研究方向。
本文将从几个方面论述电容式MEMS加速度计的设计与制备技术研究进展。
一、基本原理电容原理是电容式MEMS加速度计工作的基本原理。
电容是指两个金属板之间的介质的电容量。
当这两个板移动时，电容量会发生变化。
电容式MEMS加速度计中将一个金属板固定在MEMS芯片上，另一个金属板通过弹簧与芯片相连。
当芯片受到加速度作用时，会使另一个金属板发生相对运动，从而导致电容量的变化。
二、主要结构电容式MEMS加速度计的主要结构包括加速度感应器、电荷放大器、微控制器等。
加速度感应器是电容式MEMS加速度计的核心，在其中电容变化进行检测。
一般情况下，电容式MEMS加速度计中还安装有环境和其他干扰的过滤器以保证测量的准确性。
通过对电容变化进行放大和处理，数据可以传输到微控制器中进行处理和分析。
三、制备材料电容式MEMS加速度计的制备材料主要包括金属材料、绝缘材料、机械支撑材料等。
电容式MEMS加速度计中金属材料一般采用铝、金、铜等。
这些材料的选择主要考虑其机械性能和电学性能。
对于绝缘材料的选择，一般会选择具有较好电介质性能的材料，如氧化硅、氮化硅等。
机械支撑材料则需要具有较好的强度和尺寸稳定性。
四、制备工艺电容式MEMS加速度计的制备工艺一般分为两个部分，即MEMS芯片制备和封装。
MEMS加速度计的原理和运用
MEMS加速度计的原理和运用MEMS加速度计（Micro-Electro-Mechanical Systems Accelerometer）是一种基于微机电系统技术的加速度传感器。
它可测量物体在三个坐标轴上的加速度，并广泛应用于许多领域，如智能手机、运动追踪、汽车安全系统等。
本文将详细介绍MEMS加速度计的原理和运用。
一、MEMS加速度计原理静态感应器通常由一个固定不动的基板、附着在基板上的引力传感器，以及一个用于测量引力传感器偏转的电容器或压阻器组成。
在无外力作用时，引力传感器受到引力的作用，不会发生偏转。
移动感应器通常由一个能够相对于基板移动的质量块和一个弹簧组成。
当物体在一些方向上加速时，质量块由于惯性而相对于基板发生位移，这一位移会引起弹簧产生恢复力。
通过测量恢复力的大小，可以确定加速度的大小。
MEMS加速度计一般采用压电效应或电容效应来实现测量。
在压电效应中，当质量块位移时，压电材料会产生电荷。
而在电容效应中，质量块的位移会改变电容器的电容值。
通过测量电荷或电容的改变，可以确定加速度的大小。
二、MEMS加速度计的运用1.智能手机和移动设备MEMS加速度计广泛应用于智能手机和移动设备中。
它可以检测手机的姿态、方向和动作。
例如，当手机倾斜时，加速度计可以检测到这一变化，并通过软件算法实现屏幕自动旋转功能。
此外，加速度计还用于运动游戏和步数计数等应用。
2.运动追踪3.汽车安全系统4.工业应用5.医疗设备6.飞行器和航天器总结：MEMS加速度计基于质量的惯性效应实现加速度测量，通常采用压电效应或电容效应来实现。
它在智能手机、运动追踪、汽车安全系统、工业应用、医疗设备和航天领域等方面都有广泛的应用。
随着技术的不断进步和成本的降低，MEMS加速度计的应用将更加普及和多样化。
基于MEMS技术的加速度传感器研究
基于MEMS技术的加速度传感器研究近年来，随着科技的发展，MEMS（微机电系统）技术在各个领域的应用越来越广泛。
其中，基于MEMS技术的加速度传感器在运动测量、姿态控制、安全监测等方面具有重要的应用价值。
本文将探讨基于MEMS技术的加速度传感器的原理、制备技术以及应用案例。
加速度传感器是一种能够测量物体加速度或者重力的传感器。
MEMS技术结合了微电子技术和微机械技术，使得传感器的尺寸变得非常小，并且能够批量生产。
基于MEMS技术的加速度传感器通常由微机械加速度传感器和集成电路两部分组成。
微机械加速度传感器通常采用质量悬浮结构，当受到外力作用时，质量将发生位移，由此测量加速度。
制备基于MEMS技术的加速度传感器需要经历多个步骤。
首先，通过光刻技术在硅衬底上形成质量悬浮结构。
然后，将金属电极沉积在衬底上，形成电容结构。
接着，通过刻蚀等工艺，雕刻出质量悬浮结构和电容结构。
最后，借助封装技术和集成电路，将传感器制作完整。
基于MEMS技术的加速度传感器具有许多优势。
首先，尺寸小，可以实现微型化和集成化，方便嵌入各类设备。
其次，价格相对较低，适用于大规模应用。
此外，基于MEMS技术制备的加速度传感器具有很高的灵敏度和稳定性，能够精确测量加速度和重力。
基于MEMS技术的加速度传感器在多个领域有广泛的应用。
在运动测量方面，加速度传感器可以用于测量运动物体的加速度和速度，应用于运动跟踪、步数统计等场景。
在姿态控制方面，加速度传感器可以用于测量物体的倾斜角度和旋转角度，应用于飞行器、机器人等设备的姿态控制。
另外，在安全监测方面，加速度传感器可以用于检测物体的碰撞、震动等，应用于汽车碰撞预警、地震预警等领域。
综上所述，基于MEMS技术的加速度传感器具有广泛的应用前景。
由于其尺寸小、灵敏度高和稳定性好等特点，使得加速度传感器在运动测量、姿态控制和安全监测等方面取得了重要的突破。
未来，随着MEMS技术的不断进步和创新，相信基于MEMS技术的加速度传感器将在更多领域发挥重要作用，为人们的生活带来更多便利和安全。
mems加速度计原理
mems加速度计原理
MEMS加速度计是一种利用微电子机械系统技术制造的加速
度传感器。
它采用微小的质量偏转来测量物体的加速度。
MEMS加速度计的原理基于牛顿第二定律，即力等于质量乘
以加速度。
它包括一个微小的质量块，在加速度作用下会偏转。
具体原理如下：
1. 弹性梁原理：MEMS加速度计的核心部件是微小的弹簧梁
结构。
当加速度作用于传感器时，其内部的弹簧梁会受到力的作用而发生形变。
通过测量形变量的变化，可以计算出加速度大小。
2. 微机电系统技术：MEMS加速度计通过微电子加工工艺制
造出微小的机械结构，这些结构可以识别并测量加速度。
常见的结构包括悬臂梁、微型质量块等。
当加速度发生改变时，这些微小结构会产生微小位移，通过测量位移的变化，可以得到加速度的值。
3. 电容变化原理：MEMS加速度计中的微小结构内部设置了
电容，当加速度发生变化时，结构的位移会导致电容发生改变。
通过测量电容的变化，可以得到加速度的值。
总之，MEMS加速度计利用微小结构的位移或形变来测量加
速度，具有体积小、功耗低和响应速度快等优势，广泛应用于移动设备、汽车电子系统和航空航天等领域。
MEMS的发展及其加工技术简介
MEMS的发展及其加工技术简介MEMS的发展及其加工技术简介一、引言随着科学的进一步发展，人类社会正向人性化、多元化的方向发展。
由此孕育而生的多元化技术已经蓬勃发展。
MEMS的出现和发展既是建立在多学科基础之上产生的交叉性学科和技术，它的出现必将为工业技术带来巨大的变革。
微小型化始终是当代科学技术发展的重要方向。
微电子技术的发展,不仅使计算机与信息技术等领域面貌一新,而且在许多领域引发了一场微小型化的革命。
以加工微米/纳米机构和系统为目的的微米/纳米技术在此背景下应运而生。
一方面,人们利用物理、化学方法将原子和分子组装起来,形成有一定功能的微米/纳米结构;另一方面,人们利用精细加工手段加工出微米/纳米结构。
前者导致了纳米生物学、纳米化学等边缘学科的产生;后者在小型机械制造领域开始了一场革命,导致了MEMS 技术的出现。
二、MEMS 技术的国内外发展概况MEMS是典型的多学科交叉的前沿性研究领域,不仅与微电子学密切相关,还与现代光学、气动力学、流体力学、热学、声学、磁学、自动控制、仿真学和材料科学等相互交叉、渗透和综合,几乎涉及到自然与工程科学的所有领域。
MEMS 的主要研究内容是建立在MEMS理论基础和技术基础之上对MEMS设计技术、MEMS 材料、MEMS微细加工及MEMS的应用领域的研究。
MEMS的发展史,最早可追朔到19 世纪。
1962 年,第一个硅微压力传感器问世,其后开发出尺寸为50～500μm的齿轮、气动涡轮、联接件等微机构。
70年代后,美国学者提出了基于硅半导体材料的微机械的设想。
1988年美国加州大学伯克利分校Muller 研究小组发明了转子直径为60～100μm 的硅静电电机,在当时引起很大轰动,它表明了应用硅微加工技术制造微小可动结构的可行性,与集成电路兼容制造微小系统的优势。
同期,MIT、Berkely、Stand—ford等大学和AT&T及NSF 的15名科学家向美国政府提出MEMS研究建议。
高精度光学mems加速度计研究现状及发展
高精度光学mems加速度计研究现状及发
展
MEMS加速度计的精度至关重要，目前，研究人员正在
努力实现更高精度的MEMS加速度计。
近年来，研究者对光
学MEMS加速度计的研究取得了重大进展。
例如，研究人员
发展了一种新型的双腔微腔气体梯度MEMS加速度计，提高
了其精度。
研究人员还发展出一种新型的类声学MEMS加速
度计，基于激励电容技术，提高了其精度。
此外，研究人员还发展了基于微机电系统（MEMS）技术的新型加速度计，其中包括基于激光和磁学技术的MEMS加速度计，以及基于激光
腔微腔技术的MEMS加速度计。
在未来，研究人员将继续努力开发更高精度的MEMS加
速度计，以满足各种领域的应用需求。
例如，研究人员将探索新的结构，以提高MEMS加速度计的精度。
此外，研究人员
将继续开发新的材料，以改善MEMS加速度计的精度。
此外，研究人员将探索新的传感原理，以改善MEMS加速度计的精度。
MEMS及微机械加速度计可靠性研究
MEMS 及微机械加速度计可靠性研究★许建军１，２，孔学东２，李斌１，师谦２（１．华南理工大学物理科学与技术学院微电子研究所，广东广州５１０６４０；２．信息产业部电子第五研究所，广东广州５１０６１０）摘要：由于ＭＥＭＳ器件的应用日益频繁，其可靠性研究就显得十分重要。
介绍了引起可靠性问题的原因。
以微机械加速度计为例，指出了该加速度计的可靠性问题，以及对其可靠性测试研究的内容。
关键词：微电子机械系统；可靠性；微机械加速度计中图分类号：ＴＮ３８９；ＴＰ２７１＋．２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－５４６８（２００６）０５－００６４－０４ＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆＭＥＭＳａｎｄＭｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＡｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒＸＵＪｉａｎ－ｊｕｎ１，２，ＫＯＮＧＸｕｅ－ｄｏｎｇ２，ＬＩＢｉｎ１，ＳＨＩＱｉａｎ２（１．ＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ；２．ＣＥＰＲＥＩ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６１０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆＭＥＭＳｆｏｒｉｔｓｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｉｓｓｕｅｓｃａｕｓｉｎｇｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｐｒｏｂｌｅｍａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ．Ａｔｌａｓｔ，ＭＥＭＳａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｉｓｔａｋｅｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ．ＴｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｓｓｕｅｓｏｆＭＥＭＳａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｔｅｓｔａｓｐｅｃｔｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＥＭＳ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ★基金项目：重点基金项目（６１４０４３７）收稿日期：２００６－０１－０４作者简介：许建军（１９８１－），男，四川成都人，华南理工大学微电子研究所在读硕士研究生，研究方向为ＭＥＭＳ的可靠性研究和设计。
MEMS加速度计的原理及运用要点
MEMS加速度计的原理及运⽤要点MEMS加速度计的原理及运⽤⾼鹏黄国胜2006．12.19⽬录1.MEMS加速度计基本原理分析1.1 MEMS简介1.2微加速度计的类型1.3 差分电容式加速度计的结构模型及其⼯作原理1.4 MEMS微加速度计的制造⼯艺1.5 MEMS微加速度计主要性能指标的设计和控制1.6 MEMS加速度计的其它结构1.7 各⼚商MEMS加速芯⽚参数对⽐1.8 线性度1.9灵敏度与功耗2．MEMS加速度计国内外现状3．微加速度计的发展趋势4．MEMS加速度计应⽤前景分析5．⽤MEMS加速度计测量加速度、⾓度1.1MEMS简介随着MEMS技术的发展，惯性传感器件在过去的⼏年中成为最成功，应⽤最⼴泛的微机电系统器件之⼀，⽽微加速度计（microaccelerometer）就是惯性传感器件的杰出代表。
微加速度计的理论基础就是⽜顿第⼆定律，根据基本的物理原理，在⼀个系统内部，速度是⽆法测量的，但却可以测量其加速度。
如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进⽽可以计算出直线位移。
结合陀螺仪（⽤来测⾓速度），就可以对物体进⾏精确定位。
根据这⼀原理，⼈们很早就利⽤加速度计和陀螺进⾏轮船，飞机和航天器的导航，近年来，⼈们⼜把这项技术⽤于汽车的⾃动驾驶和导弹的制导。
汽车⼯业的迅速发展⼜给加速度计找到了新的应⽤领域，汽车的防撞⽓囊（Air Bag）就是利⽤加速度计来控制的。
作为最成熟的惯性传感器应⽤，现在的MEMS加速度计有⾮常⾼的集成度，即传感系统与接⼝线路集成在⼀个芯⽚上。
本⽂将就微加速度计进⾏初步设计，并对其进⾏理论分析。
1.2 微加速度计的类型1.2.1 压阻式微加速度计压阻式微加速度计是由悬臂梁和质量块以及布置在梁上的压阻组成，横梁和质量块常为硅材料。
当悬臂梁发⽣变形时，其固定端⼀侧变形量最⼤，故压阻薄膜材料就被布置在悬臂梁固定端⼀侧（如图1所⽰）。
当有加速度输⼊时，悬臂梁在质量块受到的惯性⼒牵引下发⽣变形，导致固连的压阻膜也随之发⽣变形，其电阻值就会由于压阻效应⽽发⽣变化，导致压阻两端的检测电压值发⽣变化，从⽽可以通过确定的数学模型推导出输⼊加速度与输出电压值的关系。
新型MEMS和NEMS有机气体传感器的研究
新型MEMS和NEMS有机气体传感器的研究一、本文概述随着现代社会对环境保护和空气质量监控需求的日益增长，有机气体传感器在环境监测、工业安全、医疗诊断等领域的应用越来越广泛。
新型微机电系统（MEMS）和纳机电系统（NEMS）有机气体传感器因其具有体积小、功耗低、响应速度快、灵敏度高和可大规模集成等优势，成为当前研究的热点。
本文旨在探讨新型MEMS和NEMS有机气体传感器的研究现状、发展趋势及其在实际应用中的挑战和前景。
本文将首先介绍MEMS和NEMS传感器的基本原理和分类，分析其在有机气体检测方面的独特优势。
随后，综述当前国内外在新型MEMS 和NEMS有机气体传感器研究方面的主要成果和进展，包括传感器材料、结构设计、制造工艺以及性能测试等方面的研究现状。
在此基础上，本文将进一步探讨新型MEMS和NEMS有机气体传感器在实际应用中面临的挑战，如环境适应性、长期稳定性、交叉敏感性等问题，并提出相应的解决方案和发展方向。
本文将展望新型MEMS和NEMS有机气体传感器在环境保护、工业安全、医疗诊断等领域的应用前景，以及其在未来纳米科技、物联网和等新兴领域中的潜在应用。
通过本文的研究，旨在为相关领域的研究人员和工程师提供有益的参考和启示，推动新型MEMS和NEMS有机气体传感器技术的进一步发展。
二、MEMS和NEMS气体传感器的基本原理微型电子机械系统（MEMS）和纳米电子机械系统（NEMS）气体传感器的基本工作原理主要基于传感器与被测气体之间的相互作用。
这些传感器通常包含一个或多个微型或纳米级的机械结构，如悬臂梁、膜片或谐振器，它们可以通过电学、光学或热学等手段进行读出。
当传感器暴露在待测气体环境中时，气体分子会与传感器的敏感元件发生相互作用，如吸附、解吸、化学反应等。
这些相互作用会改变敏感元件的机械性质，如质量、刚度或谐振频率等。
这些变化可以通过电学或光学手段进行检测，并转换为气体浓度或类型的信息。
微机电系统的设计与制造研究
微机电系统的设计与制造研究微机电系统（Microelectromechanical Systems，简称MEMS）是一种基于微米尺度的机械器件与电子器件的融合技术，其在现代工程和科学领域中具有广泛的应用。
本文将探讨微机电系统的设计与制造研究。
一、MEMS技术的背景与发展微机电系统技术起源于20世纪60年代初的美国，当时主要关注微机械传感器的研究与制造。
随着半导体工艺的发展，MEMS技术逐渐成为一种综合性的技术体系，涉及机械、电子、光学和材料等多个领域。
如今，MEMS技术已广泛应用于汽车、航空航天、生物医学、环境监测等各个领域。
二、MEMS的设计原理与流程1. 设计原理MEMS的设计原理主要基于集成电路制造技术，通过在微米尺度上制造机械结构与电子器件以实现功能。
典型的MEMS器件包括微型机械臂、惯性传感器和微泵等。
2. 设计流程MEMS器件的设计流程包括几个关键步骤：需求分析、概念设计、结构设计、电路设计和系统集成。
需求分析阶段通过了解用户需求和技术可行性来确定设计目标。
概念设计阶段依据需求分析结果进行形态设计和性能预测。
结构设计阶段包括材料选择、结构设计和力学仿真等。
电路设计阶段依据需要设计电子控制电路。
最后，系统集成将全部部件组装安装到一起，并进行测试和验证。
三、MEMS制造工艺1. 硅基制造工艺硅基制造工艺是MEMS器件制造的主要方法之一。
它利用半导体工艺的成熟技术在硅片上加工出器件结构。
这种方法具有高度一致性、可靠性和可扩展性优势，广泛应用于传感器和执行器等器件的制造。
2. 增材制造工艺增材制造工艺是相对于传统的基于减材制造的方法而言的，它通过逐层堆积材料来制造三维结构。
这种方法可以实现复杂形状的器件制造，适用于一些特殊需要的器件。
四、MEMS在生物医学领域的应用1. 生物传感器MEMS生物传感器广泛应用于疾病诊断、药物筛选和生物工程等领域。
例如，悬浮在芯片上的微型探测器可以监测细胞生长和代谢活动。
基于微机电系统的惯性导航与姿态控制技术研究
基于微机电系统的惯性导航与姿态控制技术研究微机电系统（Microelectromechanical Systems，简称MEMS）是一种结合了微电子技术、微机械技术和传感器技术的综合性技术，能够在微观尺度上制造出具有机械运动功能的设备和系统。
其中，基于MEMS的惯性导航与姿态控制技术是一项重要的研究领域，为无人机、导弹、航天器等各种航空航天器的导航和控制提供了重要的支持。
惯性导航是指通过使用加速度计和陀螺仪等惯性传感器来测量和估计航空器的姿态、位置和速度。
通过检测和解算这些参数，可以为航空器提供实时的位置和姿态信息，从而实现精确的导航和控制。
而基于微机电系统的惯性导航技术，通过将微机电系统传感器集成到航空器中，可以实现更小型化、更低成本、更高精度、更可靠的导航系统。
首先，基于MEMS的惯性导航与姿态控制技术的研究对于航空器的导航和控制具有重要意义。
传统的导航系统主要依赖于全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS），然而，在复杂的环境中，如城市峡谷、遮挡物等情况下，GPS信号可能会受到干扰或丧失信号，导致导航系统无法正常工作。
而基于MEMS的惯性导航系统则不依赖外部信号源，可以独立、准确地测量航空器的姿态和位置信息，有效解决了GPS信号不可用时的导航问题。
其次，基于MEMS的惯性导航与姿态控制技术研究的关键是如何提高传感器的精度和稳定性。
惯性传感器主要包括加速度计和陀螺仪，其精度和稳定性对于导航和控制系统的性能至关重要。
因此，研究者通过改进MEMS制造工艺、优化传感器设计和改进信号处理算法等方法，不断提高惯性传感器的精度和稳定性。
例如，通过采用纳米级制造工艺，可以实现更高精度的陀螺仪和加速度计。
此外，利用传感器融合算法，可以将加速度计和陀螺仪的数据进行融合，进一步提高导航系统的精度和鲁棒性。
另外，基于MEMS的惯性导航与姿态控制技术还可以通过姿态控制系统实现航空器的精确控制。
用于三轴MEMS加速度计的集成数字调理电路
用于三轴MEMS加速度计的集成数字调理电路
王晓;任臣;杨拥军
【期刊名称】《微纳电子技术》
【年(卷),期】2024(61)6
【摘要】基于0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,设计了一种用于三轴微电子机械系统(MEMS)加速度计的集成数字调理电路,实现了三轴加速度信号的数字后处理。
该数字调理电路采用级联积分梳状(CIC)与有限冲击响应(FIR)相结合的滤波器形式,有效滤除了带外的量化噪声,提高了输出信号的信噪比;零位采用四阶多项式拟合温补算法,标度因数采用二阶多项式拟合温补算法,有效降低了加速度输出随温度的漂移,提升了加速度计的测量精度。
此外,FIR滤波器采用时分复用的实现形式,温补模块采用串行实现形式,有效减小了芯片面积,最终芯片面积为1.5
mm^(2)。
测试结果表明,滤波器符合设计值,三轴MEMS加速度计的零偏不稳定性为15μg,速率随机游走为0.035 m/s/√h,温补后零偏全温区变化量为3.55mg,提升了5.4倍;温补后标度因数全温区变化量为0.0026,提升了4.1倍,电路性能良好。
【总页数】10页(P138-147)
【作者】王晓;任臣;杨拥军
【作者单位】中国电子科技集团公司第十三研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN432;TH824.4;TH703
【相关文献】
1.三轴数字MEMS加速度计现场标定方法
2.低噪声电容式MEMS加速度计接口专用集成电路设计(英文)
3.用于高冲击检测硅基三轴集成压阻式MEMS加速度芯片的建模与仿真
4.基于MEMS三轴加速度计的跌倒检测电路的设计
5.单层防堵塞隔仓篦板在水泥磨中的应用
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Key Words: Micro-accelerometer, Sandwich structure,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱPyrex, MS3110, LabVIEW
IV
上海交通大学硕士学位论文
上海交通大学 学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。
MEMS is widely used in many kinds of fields, among which acceleration sensor is significant. The micro inertial acceleration sensor is the key basic component for MIMU (Micro Inertial Measurement Unit), which will be more and more applied in future. The micro-accelerometer produced by MEMS technology can help us minimizing the volume of equipment, integrating function and improving reliability, reducing cost. The main study focus on the design of structure and fabrication techniques of the designed micro accelerometer and the detecting circuit, including the followings: 1 The basic theories and detection principles on micro mechanical accelerometer are studied. 2 The model of the micro accelerometer is set up based on the design tasks and performance requirements. The so-called sandwich structure is chosen from some typical structures. The electrodes are in the shape of circle with many folded springs to improve the characteristic of the micro
学位论文作者签名：凌
灵
指导教师签名：陈文元
日期：
年
月
日
日期：
年
月
日
上海交通大学硕士学位论文
第一章 绪论
1.1 MEMS 技术及其发展应用
微机电系统（Micro Electro-Mechanical System） ，缩写为 MEMS [1] 。是指可批 量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至 接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。微机电系统主要包含微型传感器、 执行器和相应的处理电路三部分。作为输入信号的自然界各种信息首先通过传感器 转换成电信号，经过信号处理以后(模拟/数字)再通过微执行器对外部世界发生作 用。 传感器可以把能量从一种形式转化为另一种形式， 从而将现实世界的信号(如热、 运动等信号)转化为系统可以处理的信号(如电信号)。执行器根据信号处理电路发出 的指令完成人们所需要的操作。信号处理器则可以对信号进行转换、放大和计算等 处理。 MEMS 技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域，它几乎涉及到自然及工 程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、物理学、化学、生物医学、材料科学、 能源科学等。而它与不同的技术结合，往往便会产生一种新型的 MEMS 器件。目前， 常用的制作 MEMS 器件的技术主要有三种。第一种是以日本为代表的利用传统机械加 工手段，即利用大机器制造小机器，再利用小机器制造微机器的方法；第二种是以 美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基 MEMS 器 件 ； 第 三 种 是 以 德 国 为 代 表 的 LIGA(LIGA 是 德 文 Lithografie － 光 刻 、 Galvanoformung－电铸和 Abformung－铸塑三个词的缩写)技术，它是利用 X 射线光 刻技术，通过电铸成型和铸塑形成深层微结构的方法。其中第二种方法与传统 IC 工 艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且该方法适合于批量生产，已经 成为目前 MEMS 的主流技术。由于利用 LIGA 技术可以加工各种金属、塑料和陶瓷等
关键词： 微加速度计， 三明治式结构， Pyrex 玻璃， MS3110 芯片， LabVIEW
II
上海交通大学硕士学位论文
Related Techniques of a new kind of Micro-accelerometer based on Non-silicon MEMS ABSTRACT
上海交通大学 硕士学位论文 基于非硅MEMS的新型微机械加速度计若干技术的研究 姓名：凌灵 申请学位级别：硕士 专业：微电子学与固体电子学 指导教师：陈文元 20080101
上海交通大学硕士学位论文
基于非硅 MEMS 的新型微机械加速度计若干技术的研究
摘 要
加速度传感器就是 MEMS 技术应用的一个重要领域之一。MEMS 惯导 加速度传感器是微惯性测量组合(MIMU)的核心部件，在军用航空和民用 相关领域有重要的发展前景， 研究高性能的 MEMS 惯导加速度计已成为世 界各国的研究热点。 基于 MEMS 技术制造出的微机械加速度计不但具有体 积微小化、功能集成化的特点，而且可靠性得到了提高，并且降低了成 本，这对于许多高新技术领域的发展具有重要意义。 本文以目前最具吸引力的电容式微加速度计作为研究对象，对其总 体结构、加工工艺进行了设计，并对加工出的微加速度计进行了电路测 试。具体包括以下几个方面： 1 对微加速度计的工作原理及检测原理进行了分析。 2 确定电容式微加速度计作为研究对象，分析了电容式微加速度计 的几种典型结构，综合性能指标及加工的难易程度选择了相对简单的三 明治式结构。为了改善器件性能，提高量程，采用多轴结构，并将上、 中、下极板设计为高对称性的圆形结构。利用 ANSYS 软件对结构进行仿 真分析。且通过下极板的特殊设计，实现微加速度计对称性的检测，使
学位论文作者签名：凌
灵
日期：
年
月
日
上海交通大学硕士学位论文
上海交通大学 学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上方框内打“√” ） 年解密后适用本授权书。
III
上海交通大学硕士学位论文
accelerometer such as measuring range and stability requirements. The structures of the designed micro accelerometer are simulated by ANSYS software. The micro accelerometer also has the self-test function. The symmetry of the structure can be tested by the detecting circuit easily because of this kind of structure. 3 The fabrication techniques of the micro accelerometer are also designed. Some metallic materials are used in the processing instead of Si. The fabrication flow has several main process steps: glass procedure, bonding and release of the micro structure. 4 Testing circuit is designed to detect the characteristic of the micro accelerometer. In the detecting circuit, MS3110 which is designed for testing capacitive especially is used to test capacitive and Single chip is used to change parameters inside of MS3110 to ensure it work in an area with good linearity and sensitivity. LabVIEW is used to collect data. The bottom fixed electrode and the mass of the micro accelerometer are produced and tested by the detecting circuit. The result shows that the micro accelerometer produced has good symmetry characteristic.