LC+谐振式耐高温加速度传感器的设计

分类号：TN303
单位代码：10110 文
LC 谐振式耐高温加速度传感器 的设计
LC 谐振式耐高温加速度传感器的设计 中北大学
硕士研究生 指导教师 学科专业
刘鹏飞 秦丽 郭涛
电路与系统
2011 年
5
月
20 日
图书分类号 UDC 注 1
TN303 620
论文作者签名：
日期：
关于学位论文使用权的说明
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张斌珍 副教授 于天鹏
李铁鹰 教授
2011 年
5
月
20 日
原 创 性 声 明
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LC 谐振式耐高温加速度传感器的设计 摘要 微/纳电子机械系统（M/NEMS）具有小型化、低功耗、集成度高等优点，可以完成 大尺寸机电系统所不能完成的任务，也可嵌入大系统中，把自动化、智能化和可靠性提 高到一个新的水平。高温环境加速度测量技术一直是困扰着高速导弹、航天飞机测试的 一个难题，高温环境下传感器的选用要考虑到各种因素：机械强度、氧化腐蚀、电缆传 输等问题。因此，研制一种适合高温环境测量的的加速度传感器符合目前高速发展的核 电、武器、宇航的需要。 论文中针对任务书提出的高温加速度测量技术的各项指标要求和任务内容进行了 分析，将研究内容，设计任务进行分类细化，分别对飞行试验、地面试验用传感器结构 进行设计。并提炼出需要解决的理论、技术性关键问题。通过对任务内容的梳理，初步 确定了研究的思路和总体研究方案，并针对具体内容进行了理论研究和仿真分析，根据 仿真结果对结构进行了优化设计，说明了最终结构的可行性。该方案的进一步实施有助 于国内耐高温传感器产品的技术创新，有助于提高超高温环境下振动测量的稳定性、便 携性。本项目的任务分为三个具体的任务：非接触式无源加速度传感器工作原理研究、 耐高温传感器芯片工艺设计研究、高温环境下传感器隔热封装结构设计。这三个任务有 共性的要求，即实现传感器的高温测量技术，但是各部分又相互独立，分别从原理、工 艺、封装三个方面描述了高温环境下传感器的测量方法。通过试验论证，说明这种方法 的可行性。 本文的创新点在于设计了一种新式工作原理的传感器，它是利用 LC 互感谐振原理 实现加速度信号的无线传输，并设计了传感器的耐高温防护结构，该结构考虑到高温环 境存在的各种影响因素，具有通用性、可靠性。对普通传感器的高温热防护具有很好的 移植性。同时，针对这种传感器的特殊原理设计了检测电路，对信号进行检波、扫频、 鉴频、数学计算，最终实现加速度信号的输出。 关键词：MEMS，耐高温传感器，热防护，加速度测量，LC 互感谐振传感器
密级
非密
硕
士
学 位
论
文
LC 谐振式耐高温加速度传感器 的设计
刘鹏飞
指导教师（姓名、职称） 申请学位级别 专业名称 论文提交日期 论文答辩日期 学位授予日期 论文评阅人 答辩委员会主席 2011 2011 2011 年 年 年 5 5 6
秦丽（教授）郭涛（副教授） 工学硕士 电路与系统 月 月 月 20 29 24 日 日 日
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中北大学学位论文
目
录
1.绪论 .............................................................................................................. 1
1.1 课题的研究背景和意义.......................................................................................... 1 1.2 耐高温传感器国内外研究现状 ............................................................................ 2 1.2.1 加速度传感器概述........................................................................................ 2 1.2.2 国外研究现状 .............................................................................................. 4 1.2.3 国内研究现状 .............................................................................................. 5 1.3 论文主要研究内容及特色 ..................................................................................... 7
中北大学学位论文 detection, frequency sweep, frequency, mathematical calculations, and ultimately the acceleration signal output. Key words: MEMS, high temperature sensors, thermal protection, acceleration measurement, LC mutual inductance resonant sensor
The design of LC resonant high-temperature accelerometer Abstract Micro / nano electronic mechanical systems (M / NEMS) with a small, low power, high integration can accomplish great advantages which the high mechanical system cannot fulfill. It can also be embedded in larger systems to automation, intelligence and reliability to a new level.High temperature accelerometer measurement technology has been plagued by high-speed missiles, spacecraft test, high temperature sensors used to take into account various factors: the mechanical strength, oxidation corrosion, cable transmission and other issues. Therefore, Development of a suitable high temperature measurements of the acceleration sensor consistent with the current rapid development of nuclear power, weapons, aerospace needs. This paper proposes the high temperature accelerometer measurement techniques and analyze the tasks required of the indicators. Analysis the content, design tasks, respectively, design on the missile test, ground test with the sensor structure. And refined the theory to be solved, the technical key issues. On the task of sorting out the contents of the preliminary study to determine the ideas and the overall research program, and specific content of the theoretical studies and simulation analysis, the structure simulation results shows the feasibility of the final structure. The further implementation of the program will help the domestic high-temperature sensors of technological innovation, ultra-high temperature environment help to improve the stability of vibration measurement, portability. The task of the project is divided into three specific tasks: non-contact operating principle of passive acceleration sensor, temperature sensor chip design research process, high temperature heat sensor package design. These three tasks have in common the requirement that the sensor's high temperature measurement technology, but they are independent of each part, respectively, from the principle, process, package, described the three aspects of high temperature measurement sensors. Demonstrated by experiment to demonstrate this method. Innovation of this paper is that we design a new operating principle of the sensor, it is the mutual inductance using LC resonance principle to achieve the wireless transmission of acceleration signal, and temperature sensor designed protective structure that take into account the existence of the various effects of high temperature factors, with the versatility and reliability. The ordinary high-temperature thermal protection sensor has a good portability. Meanwhile, the principle for the special design of the sensor detection circuit, the signal