MEMS高G值加速度传感器设计
基于MEMS加速度传感器的振动加速度测量系统设计
基于MEMS加速度传感器的振动加速度测量系统设计MEMS加速度传感器是一种用于测量物体振动加速度的小型传感器。
其采用了微电子机械系统（MEMS）技术，可以在小而轻的尺寸下提供高精度和高可靠性的加速度测量。
设计一种基于MEMS加速度传感器的振动加速度测量系统可以用于工业监测、结构健康监测、运动分析等领域。
以下是一种可能的设计方案，该方案可以实现实时采集、处理和显示振动加速度数据。
1.硬件设计：a. MEMS加速度传感器选择：选择具有高精度和高稳定性的MEMS加速度传感器，例如InvenSense公司的MPU-6050. 它具有±2g/±4g/±8g/±16g 这四种测量范围的选择，可以根据实际需求选择合适的量程。
b.数据采集电路：使用微控制器或单片机作为主控制器，通过I2C或SPI接口与MEMS加速度传感器进行通信。
采集传感器输出的原始加速度数据，并对其进行模数转换。
c.数据处理模块：在主控制器中设计一个数据处理模块，用于对采集到的原始数据进行滤波和数字信号处理。
可以采用数字滤波算法，如低通滤波器和移动平均滤波器，以降低噪声和滤除高频振动。
d.数据存储：设计一块闪存芯片或SD卡，用于存储采集到的加速度数据。
可以选择适当的存储器容量和数据写入速度，以满足实际应用需求。
e.显示部分：设计一块数字显示屏或连接到计算机的显示设备，用于实时显示振动加速度数据。
可以使用LCD屏幕或者通过串口将数据传输到计算机进行可视化显示。
2.软件设计：a.主控制器程序：编写主控制器的程序，用于控制数据采集、数据处理和数据存储。
在程序中实现数据滤波和数字信号处理算法，以获得更准确的振动加速度数据。
b.用户界面：设计一个友好的用户界面，用户可以在界面上选择测量范围、采样频率、数据存储方式等参数。
同时，还可以在用户界面上实时显示振动加速度数据和相关统计信息。
c.数据通信：如果需要将数据传输到计算机或其他设备进行进一步分析，可以设计数据通信模块，如串口通信或无线通信。
MEMS高量程加速度传感器封装技术仿真研究
种 性能 、 程 的加 速度 传 感器 ．但是 与低 量 程 的加 速 度传 感器 不 同 ，高量 程加 速 度传 感 器 主要 应 用 于高 量
速 运 动载 体 在启 动 以及 运 行 过 程 中 的过 载信 号 的 变化 和 控 制 ， 泛 应用 于 武 器精 确 制 导 的航 空 航天 领 广 域 ，特 别是 冲击 、 炸 、 彻 等恶 劣环 境 中．在这 些环 境 中应 用时 ， 常 情况 下 要求 其抗 高 过 载能 力 达 到 爆 侵 通 几万 ｇ 甚 至几 十万个 ｇ的冲击 载荷 ， 固有 频率 要求 高达 几十 ｋ ，甚至 上百 ｋ ｚ１］ ， 而 Ｈｚ Ｈ＿ ． 由于应用 环境 恶劣 ， ＭＳ高 量程加 速度 传感 器在 应用 中经 常 出现结 构失效 的问题．由封 装引起 的 ＭＥ 失效 是 高量 程加 速度 传感 器失 效 的 主要原 因之一ｌ ］ 如管 壳破 裂 、 ６ ，例 盖板 凹 陷 、 合 引线 断裂 等 ．因此 ， 键 封装 的好坏 是加 速度 计应 用时 可靠性 高低 的决 定性 因素 ．同时 封装 成本 几乎 占整 个 加速 度传 感器 成本 的 ７ ～８ ，所 以封装技 术对 高 ｇ加速 度传感 器 显得尤 为 重要 ｌ ” ． ｏ Ｏ １］ 本文 针对 目前 设计 出的 ＭＥ ＭＳ 高量程 加 速度 传感 器急 需 的一 种高 性 能的封 装 ， 计 了一 种 高可 靠 设 性 的、 能满 足 恶劣 环境 中应 用 的封 装结 构 ．通 过 有 限元 分析 研 究 了封 装结 构 的性 能 以及 灌 封对 高量 程 加 速 度传 感器 封装性 能 的影 响 ，为高 量程加 速 度传感 器 的封装 提供 了理论 性依 据．
件 分 析研 究 了 灌 封 对 高 量 程 加 速 度 传 感 器 封 装 性 能 的影 响．仿 真 结 果 表 明 ，管壳 结 构 在 ２ ００ ０ｇ 的冲 击 载 ０ ０
基于MEMS技术的加速度传感器设计与制造
基于MEMS技术的加速度传感器设计与制造加速度传感器是一种能够测量物体加速度的微型传感器。
它被广泛应用于各种领域，如汽车安全系统、虚拟现实设备、运动跟踪设备等。
基于微机电系统（MEMS）技术的加速度传感器具有体积小、能耗低、成本低以及集成度高等优势。
本文将重点讨论基于MEMS技术的加速度传感器的设计与制造。
一、设计阶段在设计基于MEMS技术的加速度传感器之前，需要明确传感器的工作原理和性能指标。
加速度传感器通过测量微小质量在加速度作用下产生的惯性力来测量加速度。
在设计之初，需要明确量程、精度、频率响应等性能指标，以满足特定应用的需求。
1. 惯性力测量原理基于MEMS技术的加速度传感器利用微型质量与惯性力的相互作用关系进行测量。
一般来说，传感器中的微型质量会受到加速度作用下的惯性力，导致压电材料产生压电效应，通过对压电材料的检测，可以得到加速度的测量结果。
2. 量程和精度量程表示传感器能够测量的最大加速度范围。
在选择量程时，需要考虑传感器受力范围。
过大的量程可能导致传感器饱和，而过小的量程则无法满足需求。
精度表示传感器的测量误差，是评估传感器性能的重要指标。
在设计过程中，需要选择合适的压电材料、结构和电路，以提高传感器的精度。
3. 频率响应频率响应是指传感器对于输入信号频率的响应程度。
频率响应决定了传感器在不同频率下的工作性能。
在设计中，需要对传感器的机械结构和电路进行优化，以提高其频率响应。
二、制造阶段在设计完成后，就需要进行基于MEMS技术的加速度传感器的制造。
制造过程中需要关注材料选择、加工工艺和封装方式等因素。
1. 材料选择制造加速度传感器所需的材料应具备良好的力学性能和电学性能。
常用的材料包括硅、玻璃、金属等。
硅是MEMS制造中最常用的材料，具有良好的耐温性能和加工性能。
2. 加工工艺加速度传感器的制造通常采用微电子加工工艺，包括光刻、薄膜沉积、离子刻蚀等步骤。
通过光刻技术，在硅片上制作出加速度传感器的微结构。
SOI特种高g值MEMS加速度计设计与分析
Ｓ１ Ｏ 特种 高 ｇ ＭＥ 值 ＭＳ加速度 计设计 与分析 宰
许 高斌 汪祖 民 陈 兴
（ 合肥工业大学电子科学与应用物理学院安徽省微 电子机械系统：程技术研究中心， ｌ 合肥 ２０ ０） ３０ ９ 摘 要： 基于 Ｓ 技术．利用 ＩＰ体硅深加工， ＯＩ Ｃ 设计分析了一种新型平面 内振动高 ｇ值压阻式加速度计。 该加速度计包括
明， 加速度计存 轴向和 ＇ 向灵敏度分别为 １ ｖｇ和 １１ ｖｇ ， 轴 ． ｐ／ ２＿ ． ｐ／；谐振频率分别为 ４ ９ｋ ｚ ４ ５ｋ ｚ ８ ７ Ｈ 和 ７ Ｈ 。可实现对量程高达
２ ５万 ｇ加速 度 的测 量 。
关键 词 ： 速 度计 ；Ｓ Ｉ 加 Ｏ ；扇 形结 构 ；ｕ型压 敏 电阻 中 图分 类号 ： Ｐ ｌ Ｔ ２２ 文 献标 识码 ： Ａ 国家 标 准学 科 分类 代码 ： ６ ． ２ ４０４ ０ ０
ｖ ｒｆｅ ｙｕ ｉ ｇｔ ｅＦ ｅ ｉ ｄｂ ｓｎ ｈ ＥＭ ｏ ｌ ｉ ｔ ｏ ＡＮ Ｓ ＹＳ．ｈ ｉ ｌｔｏ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｔ ｈ ｅ ｓｔｖｔ ｆ ｈ ｃ ｅｅ ｏ ｅｅ ｓｏ ｔ ｅｓｍｕ ａｉ ｎｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｔ ｅｓ ｎ ｉ ｉ ｏ ｅａ ｃ ｌｒ ｍ ｔ ｒ ｆＸ．ａ ｉ ｓ ｈａ ｔ ｉ ｙ ｔ ｘｓ ａ ｄ ｙ－ａ ｉ ｒ ． ｇ ．— ｎｄ １ １ ｇ ．一 ， ｅ ｐ ｃ ｉｅｙ ｔｅｒ ｓ ｎ ｎ ｅ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ａｅ４ ９ ｎ ｘ ｓａ ｅ １２ ｖｇ ｌａ ．８ ｖｇ １ ｒ ｓ ｅ ｔｖ ｌ，ｈ ｅ ｏ ａ ｃ ｑ ｅ ｃ ｒ ７ ＫＨｚａ ｄ ４ ５ ｒ ｎ ７ ＫＨｚ ｒ ｓ ｅ ｔｖ ｌ ， ， ｅ ｐ ｃ ｉｅｙ ａ ｄ ｔ ｅｔａ ｓ ｅｓ ｅ ｉｉｉ ｆｔ ｅｓ ｎ ｏ ｓａ ｐ ｏ ｉ ａｅｙ ｅ ｕ ｌ ｏｚ ｒ ． ｇ － ｉ ｎ ｈ ｒ ｎ ｖ ｒｅｓ ｎｓｔ ｔ ｏ ｅ ｓ ｒｉ ｐ ｒ ｘｍ ｔ ｌ ｑ ａ ｅ ｏ Ｈｉｈ ｇ ｓｍｕｌｔｏ ｅ ｕ ｔ ｒｄｉｔ ｄ ｉ ｉ ａｅ ｖ ｙ ｈ ｔ ａｉ ｎ ｒｓ ｌｓｐ ｅ ｃｅ ｔ ｓｓ ｆ ｏ ｅａ ｉｎ ｅ ｅ ｂ ｖ ．×ｌ ５ ｏ ｘｒ ｍ ｅｉ ｐ ｃ ｐ ｌｃ ｔｏ ． ｐ ｒ ｔ ｖ ｎ ａ ｏ ｅ２５ ０ ｇ ｆ ｒ ｔｅ ｏ ｅ ｍ ａ ｔａ ｐ ｉａｉ ｎ Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄ ： ｃ ｌｒ ｍ ｅｅ ； ＯＩ Ｓ ｃｏ ．ｍａ ｓｓｒ ｃ ｒ ； ．ｈ ｐ ｅ Ｏ ｅ ｉｔｎ ｅ ｙ ｒ ｓ Ａｃ ｅｅｏ ｔｒ Ｓ ： ｅ ｔ ｒ ｓ ｔｕ ｔ ｅ Ｕ ｓ ａ ｅｐｉｚ ｒ ｓｓａ ｃ ｕ
MEMS高g加速度传感器封装贴片技术的研究
８ ％ 的环 境下 固化 ９ ｍｉ ， ０ ０ ｎ 因此 ， 仿 真 中假 设 整 在
个封 装体 的初始 温 度 为 ８ ％ ， 且 此 时 的环境 温 ０ 并 度 与封装 体 的温 度 相 同 ， 求 解 过 程将 整 个 封 装 在 结构 从 ８ ｃ 冷 却 到 室温 ２ ℃ 。仿 真分 析 中主 要 ＯＩ ＝ ５ 研究 贴片 胶 的热 膨胀 系数 、 性 模 量及 厚 度 对 芯 弹
机 械约束 及 封装 体 各 部 件 的 热膨 胀 系 数 不 匹 配 ，
封 装体 中将 产生 热应 变和热 应力 。在 贴片胶 固化
片及 封装 体热应 力 和热应变 的影 响 。仿真 结果 如
图 ４所 示 。
过 程 中封装 体 附加 产 生 的应 变 和应力 将对传 感 器
Ｔ ２２ Ｐ １
基 于 ＭＥ Ｓ技 术 的 器 件 一 般 都 含 有 活 ＭＳ器 件 芯 片 提供 保 护 作 Ｅ
用 ， 且 作 为 Ｍ ＭＳ技 术 中 一 个 重 要 的 研 究 领 并 Ｅ
域 。封装 是 高 ｇ加 速 度传 感 器 高 可 靠 性 的 保 证 ，
引线 键 合及 封 冒等过 程 ， 即将结 构 完 好 的传 感 器
收 稿 日期 ：Ｏ １０ －１ 修 改稿 ） ２ ｌ －７１ （ 基 金项 目 ： 型机 械 电子 系 统 （ ＭＳ 测 试 计 量 技 术 与 理 论 微 ＭＥ ）
研 究 （ ０ ３０ ０ ５ ５５ ３ ）
化 工
自 动 化 及 仪 表
度 是 影 响 热应 力 的 主要 因 素 ， 时贴 片胶 的 弹 性 模 量 、 度 及 贴 片胶 的 量 将 影 响 到 传 感 器 的 输 出灵 敏 同 厚
度。
一款高精度高线性度MEMS加速度计的研究与设计中期报告
一款高精度高线性度MEMS加速度计的研究与设计中期报告本文主要介绍一款高精度高线性度MEMS加速度计的研究与设计中期报告。
该加速度计采用MEMS技术制造，具有高精度、高线性度、低温漂移等优点。
下文将从加速度计的原理、设计思路和预期性能三个方面介绍该研究内容。
一、加速度计的原理MEMS加速度计基于微机电系统技术，利用精密加工工艺制成微机电系统芯片。
在加速度计内部，一块质量很小的晶体片（或微结构）被固定在一个支撑系统上，以便在x、y、z三个方向上测量微小的位移。
当加速度计运动时，晶体片相对于支撑系统产生微小的偏移，从而改变晶体片上的电压信号，最终通过信号处理电路输出加速度信息。
二、设计思路本研究的MEMS加速度计主要包括以下几个部分：（1）感应器部分：采用双排微悬臂梁结构，并采用多层叠加方式实现大静态偏移，从而提高灵敏度。
（2）信号放大器部分：包括前置放大器、误差放大器等，主要用于放大和对位移信号进行校准。
（3）零点漂移补偿部分：用于校正传感器的静态输出。
（4）温度补偿部分：用于消除温度变化对加速度输出的影响。
（5）信号处理部分：包括A/D转换、数字滤波、信号调理等，用于实现对输出信号的数字化处理和滤波。
三、预期性能本研究的MEMS加速度计预计具有以下性能：（1）精度高达0.001g。
（2）线性度高于0.1%FS。
（3）低温漂移小于50μg/℃。
（4）高温稳定性好，在100℃下可工作。
（5）输出范围可达±200g。
（6）工作频率范围广，可达1kHz。
综上所述，本文介绍了一款高精度高线性度MEMS加速度计的研究与设计中期报告，该加速度计采用MEMS技术制造，具有精度高、线性度好、低温漂移小等优点。
预计在未来应用于航空、汽车、军事等领域中。
《2024年采用MEMS加速度传感器的边坡稳定安全监测系统设计》范文
《采用MEMS加速度传感器的边坡稳定安全监测系统设计》篇一一、引言随着社会的发展和工程建设的不断推进，边坡稳定安全问题日益突出。
边坡的稳定性对于土木工程、地质灾害防护、环境保护等领域都具有重要的意义。
因此，设计一种高效、可靠的边坡稳定安全监测系统显得尤为重要。
本文将介绍一种采用MEMS （微机电系统）加速度传感器的边坡稳定安全监测系统设计，旨在提高边坡稳定性的监测精度和实时性。
二、系统设计概述本系统采用MEMS加速度传感器作为核心部件，通过采集边坡的加速度数据，实现对边坡稳定性的实时监测。
系统主要由传感器模块、数据采集模块、数据处理模块和报警模块组成。
三、系统设计详细说明1. 传感器模块传感器模块采用高精度的MEMS加速度传感器，具有体积小、重量轻、功耗低等优点。
传感器通过与边坡表面接触，实时采集边坡的加速度数据。
同时，传感器具有自动校准功能，可有效消除因环境因素引起的误差。
2. 数据采集模块数据采集模块负责将传感器采集的加速度数据传输至数据处理模块。
该模块采用高速数据传输技术，确保数据的实时性和准确性。
此外，数据采集模块还具有数据存储功能，可记录历史数据，为后续的数据分析提供支持。
3. 数据处理模块数据处理模块是系统的核心部分，负责对采集的加速度数据进行处理和分析。
该模块采用先进的信号处理技术和算法，对加速度数据进行滤波、去噪等处理，提取出反映边坡稳定性的特征参数。
同时，数据处理模块还具有数据存储和远程传输功能，可将处理后的数据传输至远程监控中心，实现远程监控。
4. 报警模块报警模块负责在边坡稳定性出现问题时及时发出警报。
该模块通过与数据处理模块的通信，接收处理后的边坡稳定性数据。
当数据超过预设的阈值时，报警模块将触发警报系统，提醒相关人员采取应对措施。
报警方式可采用声光报警、短信通知等多种方式。
四、系统实施与应用本系统可广泛应用于土木工程、地质灾害防护、环境保护等领域，实现对边坡稳定性的实时监测和预警。
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加速度传感芯片工艺流程设计
一、概述MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）加速度传感器是一种能够测量物体加速度的微型传感器。
它常用于汽车、智能手机、平板电脑等电子产品中，以实现运动检测、摇晃检测、倾斜检测等功能。
传感器的性能受制于其工艺流程的设计，因此工艺流程的设计对传感器的性能起着至关重要的作用。
二、MEMS加速度传感芯片的工艺流程1. 设计工艺流程在进行MEMS加速度传感芯片的工艺流程设计时，首先需要进行传感器的结构设计。
传感器的结构设计包括传感元件的结构设计和传感元件布局的设计。
确定传感元件的结构形式，通常采用质量悬挂式的结构。
然后确定传感元件的布局，实现传感元件与芯片的最佳结合。
在结构设计的基础上，进行芯片整体布局设计，包括传感元件的位置布局、接口位置等。
2. 制备工艺流程传感器的制备工艺流程主要包括晶圆制备、光刻、腐蚀、镀膜、退火、刻蚀等多个步骤。
在晶圆制备阶段，需要采用高纯度的硅晶圆，并进行雷剪切、沉积氧化层等处理。
在光刻阶段，需要使用掩膜进行光刻图形转移。
在腐蚀阶段，需要进行干法或湿法的腐蚀工艺。
在镀膜阶段，根据传感器的性能要求进行金属或者氧化层的镀膜。
在退火阶段，需要进行恒温加热处理，以使得薄膜材料的应力得到释放。
在刻蚀阶段，需要进行干法或者湿法的刻蚀工艺。
3. 封装工艺流程传感器的封装工艺流程包括晶圆切割、引线焊接、封装固化等步骤。
在晶圆切割阶段，需要将晶圆切割成多个芯片，并进行抛光处理。
在引线焊接阶段，需要将引线焊接到芯片上，并连接到封装的外部引线。
在封装固化阶段，需要进行封装材料的灌封和固化处理。
三、MEMS加速度传感芯片的工艺流程设计原则1. 在工艺流程设计中，应充分考虑传感器的性能需求，尤其是灵敏度、线性度和可靠性等指标。
2. 在制备工艺流程中，应在实验和仿真的基础上，选择适合的晶圆制备、光刻、腐蚀、镀膜、退火、刻蚀等工艺参数，以保证传感器的性能。
3. 在封装工艺流程中，应选择合适的封装材料和封装方式，以满足传感器的使用需求。
高g值压阻式加速度传感器仿真设计
高g值压阻式加速度传感器仿真设计
杨雨君;王鹏;陈曼龙;张昌明;杨帆;陈芳芳
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2022(41)6
【摘要】利用硅微材料的压阻效应,结合微机电系统(MEMS)加工技术,设计一种高g值压阻式加速度传感器结构,主要应用于爆炸、冲击测试以及引信侵彻等特殊领域。
采用参数分析,确定了传感器的三维模型,提取敏感梁的表面路径,分析总结其应力分布规律,据此确定压敏电阻位置,并设计能单独测量且抗交叉干扰的测量电路。
最后通过有限元对传感器敏感结构进行仿真分析,仿真结果表明:该加速度计水平面内其X方向灵敏度为4.37μV/g_(n),Y方向灵敏度为4.44μV/g_(n),一阶固有频率为105.80 kHz,量程可达到15×10^(4)g_(n)。
【总页数】5页(P78-81)
【作者】杨雨君;王鹏;陈曼龙;张昌明;杨帆;陈芳芳
【作者单位】陕西理工大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP212;TH39
【相关文献】
1.压阻式硅微加速度传感器的结构设计与仿真
2.一种压阻式三轴高g值加速度传感器的冲击校准
3.低g值硅压阻式加速度传感器的设计与分析
4.一种压阻式高g 值加速度传感器
5.一种高g值压阻式加速度传感器仿真设计及优化
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ADI推出3轴高gMEMS加速度计
统， 可用 于冲击 和震 荡 检测 、 运输 、 资 产 跟 踪 以及 容 易 突 然 受到 巨力 影 响的其 他应 用 。
ＡＤ Ｘ Ｌ ３ ７ ５ ＭＥ ＭＳ 加 速 度 计 支 持 用 户 可 选 的 冲
击 阈值 电平
ＡＤ Ｘ Ｌ ３ ７ ５ ３轴 、 ２ ０ ０ ｇ ＭＥ ＭＳ加 速 度 计 集 成 存 储 器 管
撞 击 或 冲 击 的 持 续 时 间 和 幅 度 而 不 出 现 饱 和 。 在 高 达
１ ６ ０ ０ Ｈｚ的全 带宽条件下 ， 这款新 型传感器 功耗 约为 １ ４ ０ ｔ ｘ Ａ， 功 耗不 到竞 争传感 器 的一 半 ， 而 采 样 速 率 却 是 其 两 倍 以 上 。Ａ ＤＸ Ｌ ３ ７ ５适 用 于 低 功 耗 、 电 池 供 电 的 无 线 传 感 器 系
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ＭＥ ＭＳ加 速 度 计 能 够 在 ＿ ＋ ２ ０ ０ ｇ满 量 程 范 围 内 连 续 测 量
表示 ： “ ＡＤ Ｘ Ｌ ３ ７ ５具 有 业 界 领 先 的 采 样 速 率 性 能 ， 能 够 提
供 高 ｇ测 量 能 力 ，从 而 使 Ｂ ｌ ａ ｓ ｔ Ｇ ａ ｕ ｇ ｅ能 力 得 到 增 强 ， 可
Ａ Ｄ Ｉ 推 出 ３轴 高 ｇ Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ加速 度计
基于梁膜结构的MEMS高g值加速度传感器
（ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｆ ｏ ｒ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｎ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ５ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
关键词 ： 微机 电 系统 ； 高 ｇ值加速度 传感器 ； 有 限元仿 真分析 ； 测试 中图分类号 ： Ｔ Ｐ ２ １ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ２—１ ８ ４ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２— ０ ０ １ １ — ０ ３
Ｍ ＥＭ Ｓ Ｈｉ ｇ ｈ － ｇ Ａｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｂｅ ａ ｍ－ ｍｅ ｍｂ ｒ ａ ｎ ｅ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
２ ０１ ４焦
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ａ ｎ ｄ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ
２ ０１ ４ Ｎｏ ． ２
第 ２期
基 于 梁膜 结 构 的 ＭＥ ＭＳ高 ｇ值 加 速度 传 感器
李 ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｏ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ ｈ ｉ ｇ ｈ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ， ａ ｈ ｉ ｇ ｈ － ｇ ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ
新型MEMS加速度计的设计与测试
新型MEMS加速度计的设计与测试关键信息项：1、新型 MEMS 加速度计的设计规格与要求测量范围：＿___________________分辨率：＿___________________灵敏度：＿___________________工作温度范围：＿___________________尺寸与重量限制：＿___________________2、设计与测试的时间节点设计完成时间：＿___________________初步测试时间：＿___________________优化改进时间：＿___________________最终测试与验收时间：＿___________________3、设计与测试的责任与义务设计团队的职责：＿___________________测试团队的职责：＿___________________双方的沟通与协作机制：＿___________________4、知识产权归属设计过程中产生的知识产权归属：＿___________________相关专利申请与权益分配：＿___________________5、费用与支付方式设计与测试的总费用：＿___________________阶段性支付的金额与时间：＿___________________费用调整的条件与机制：＿___________________11 引言本协议旨在规范新型 MEMS 加速度计的设计与测试相关事宜，确保项目的顺利进行和各方权益的保障。
111 背景随着科技的不断发展，MEMS 加速度计在众多领域的应用日益广泛。
为满足市场对高性能、高精度 MEMS 加速度计的需求，特开展本次新型 MEMS 加速度计的设计与测试项目。
12 项目范围本项目涵盖新型 MEMS 加速度计的从概念设计到最终测试的全过程。
121 设计阶段包括但不限于结构设计、材料选择、电路设计等。
122 测试阶段包含初步性能测试、可靠性测试、环境适应性测试等。
高g值加速度传感器封装的实验研究
高g值加速度传感器封装的实验研究摘要本文主要叙述了基于MEMS高g值加速度传感器的硅封装胶和封装管壳的性能表现。
通过使用拉曼光谱，可以得出由于封装胶的厚度不同和封装管壳的材料不同而引起的残余应力的特性。
由实验可以得出：封装胶越厚，残余应力增长越慢：由残余应力引起的压阻变化越小；和陶瓷封装相比，不锈钢封装有更高的灵敏度和更大的抗过载能力。
1. 概述作为小型武器和穿透性武器的核心器件之一，MEMS高g值加速度传感器需要工作在极端高冲击的条件下，冲击力可以达到200000g，由于工作环境的极端恶劣，封装引起的传感器失效时一个重要的问题，并且必须给予高度重视。
外壳的破裂，表面凹陷，链接断裂，引线断裂等都是由于封装导致的传感器失效的可能原因。
据报道，在传感器制作过程中，有50%的开销用于封装工艺。
所以如何发展可靠的，低成本的封装工艺对于高g值加速度传感器来说至关重要。
不同MEMS传感器有着不同的封装技术和不同的关键因素。
Zarnik称：工艺过程中引进的残余应力不利于压力传感器的性能。
由FEA和DOE仿真的结果得出：厚的光刻胶和最小的硅片陷入封装胶深度以及最小的周边的封装胶共同决定了传感器的最小残余应力。
Mariani研究了市场上的单轴多晶硅MEMS加速度计的封装效应，他们发现封装并不总是可以增加传感器的负载能力。
鉴于高g值加速度计工作时所处的恶劣环境，有关MEMS高g值加速度传感器封装效应对其可靠性以及性能的影响的研究已经在进行。
我们可以得出结论：由于封装管壳，封装胶以及MEMS结构之间材料不同而引起的残余应力是MEMS 传感器封装过程中的核心因素。
Chen进行了在高g下封装加速度计的频域和时域FEA仿真分析，仿真结果指出：贴片胶的杨氏模量对于模子形状和传感器的性能有很大影响，另一个重要因素是封装的管壳。
高g值加速度计主要使用两种不同的材料：第一种是陶瓷，已经被广泛商业化使用于Draper加速度计中；另一种是金属（主要是不锈钢），比如ENDVCO的7270A，PCB的3991A11以及KISTLER 的8742A100.作为MEMS 高g 值加速度的关键技术之一，封装工艺被广泛的研究并试图提高他的可靠性和性能。
MEMS高g值加速度计力学分析--【汉魅HanMei—课程讲义论文分享】
2005 年 第 24 卷 第 7 期
图4 Fig 4
模型的三维有限元网格俯视图
Top view of mode grid of 3-D finite element
2. 1
基本假设及简化处理
在进行有限元分析时， 做以下假设：
Fig 5
图5
折叠梁的网格划分
Grid dividing of replicate beam
（1） 由于多晶硅材料具有良好的弹性、 均匀性， 检测质 量的位移又很小， 可以认为敏感芯片满足弹性力学的基本 假设条件， 即， 连续、 均匀、 自然应力、 完全弹性和小变形。 因此， 可以用弹性力学理论进行力学分析； （2） 线性假设： 在分析线性弹性体系时， 假定节点位移 无限小； 材料的应力应变关系满足虎克定律； 加载时， 边界 条件的性质保持不变。在对微加速度计进行结构分析时， 可以作为线性问题处理。 本文中所 用 到 的 多 晶 硅 材 料 的 弹 性 模 量 为 1. 67 × 1 011 N / m2 ， 泊松比取 0. 3 ， 密度为 2 300 kg / m3 。
者与温度相关的。 在模态分析中， 主要有以下 4 个步骤： 建立模型、 加载 并求解、 扩展模态、 观察结果。 在模态分析中的建模过程与其他分析的建模过程相 类似， 本文所述的模态分析中的建模就和前文所介绍的静 态分析建模过程完全相同。对结构进行模态分析， 一阶模 态为 201. 8 kHz ； 二 阶 模 态 为 315. 9 kHz ； 三阶模态为 528. 0 kHz； 四阶模态为 620. 1 kHz； 五阶模态为 1 023. 9 kHz； 六阶模态为 1 422. 3 kHz。 可以看出： 结构的一阶模态与二阶、 三阶模态相差很大， 这说明其交叉耦合很小， 而且， 各阶模态都比较高， 保证加速 度计只在其敏感方向上运动。具体的模态图如图 6 所示。
MEMS加速度传感器PPT课件
压阻式加速度传感器
工艺流程
（d）在两面涂上光刻胶作为 湿法刻蚀的梁结构 （e）去除光刻胶以后两面重 新被氧化生成SiO2，随后再 EVG-100覆盖 （f）利用剩下的光刻胶进行刻 蚀然后移除光刻胶
G. rLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
工艺流程
（g）等刻蚀完成，对 称梁结构形成
MLOEGMOS
传感器技术
加速度传感器
.
目录
1
简述加速度传感器
2
电阻式加速度传感器
3
电容式加速度传感器
4
其他类型加速度传感器
G. rLoOuGpO3
篇前语
❖ MEMS是什么？加速度传感器与MEMS什么关 系？
▪ 微机电系统（MEMS, Micro-ElectroMechanical System），也叫做微电子机械系统
目前广泛应用制备光学加速度计的
光波导式 迈克尔逊、马赫—曾德等干涉仪的
核心部件都包含3 dB耦合器。
微谐振式
谐振式加速度传感器是一种典型的 微机械惯性器件，基本工作原理是 利用振梁的力频特性，通过检测谐 振频率变化量获取输入的加速度。
热对流式
微型热对流加速度计是利用封闭空 气囊内的自由热对流对加速度敏感 性。两个温度传感器对称地在有气 体的腔体两侧，中间有一个热源。
•加速度传感器中的分类
加速度传感器的原理随其应用而不同，有压阻式，电容式，压 电式，谐振式、伺服式等。
G. rLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
压阻式压阻式器件是最早微型化和商业化的一类加速度传感器。基于世界领先的 MEMS硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集 成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监 测等领域。
SOI高g值压阻式加速度传感器与工艺实现
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
SOI 高g 值压阻式加速度传感器与工艺实现
基于SO
微机电系统( MEMS) 加速度传感器是一种重要的惯性测量器件，具有体积小、重量轻、响应快、易于加工等优点，目前已广泛应用于汽车、航空航天、军事等领域。
其中高g 值加速度传感器在军事领域具有非常重要的应用价值，可以感知导弹的飞行状态、硬目标侵彻时产生的冲击力等。
在具有较大惯性载荷的军用场合，需要测量的加速度高达几万甚至几十万加速度，这就要求加速度计不仅需要高的灵敏度，还要具有高的谐振频率与抗冲击能力。
目前中国在高g 值加速度计研究方面与国外还存在较大差距，由于国外该领域的技术封锁,迫切需要研发出可应用于动态撞击过程及高速运动过程中冲击载荷测量的高g 值加速度传感器。
针对目前航空航天，特别是导弹引信等军事领域对高g 值加速度传感器的迫切需求，充分利用SO
1、高g 值压阻式加速度传感器的结构与制备本文设计的二维平面内振动SO
( 1) 备片：准备一块双面抛光的SO
( 2) 初氧：对SO
( 3) 匀胶、光刻( 一次光刻) ：在下层硅上旋涂正胶，利用第一块掩模板对光刻胶进行光刻、显影、后烘后再刻蚀氧化层，以氧化层作保护层，刻蚀下层硅，形成背面浅槽。
刻蚀5 um 浅槽，为后续释放结构形成可动部件，该层版( 4) 背面淀积铝层：对上步硅片去胶清洗后，背面淀积金属铝层。
( 5) 背面深刻( 二次光刻) ：在上步工艺后的下层硅铝层上经过匀胶、前烘、光刻、显影和后烘后，对铝层进行刻蚀，再以铝层作为保护层，刻蚀下。
《2024年采用MEMS加速度传感器的边坡稳定安全监测系统设计》范文
《采用MEMS加速度传感器的边坡稳定安全监测系统设计》篇一一、引言随着社会的快速发展，各种工程建设如火如荼地展开，边坡稳定性的安全问题逐渐成为公众关注的焦点。
一旦边坡失稳，不仅可能造成重大经济损失，还可能威胁人们的生命安全。
因此，采用高效、精确的边坡稳定安全监测系统至关重要。
本文旨在设计一种采用MEMS（微机电系统）加速度传感器的边坡稳定安全监测系统，以实现对边坡稳定性的实时监测和预警。
二、系统设计1. 硬件设计本系统主要由MEMS加速度传感器、数据处理单元、通信模块和电源模块等组成。
其中，MEMS加速度传感器负责实时采集边坡的振动数据；数据处理单元对传感器数据进行处理和分析，判断边坡的稳定性；通信模块将处理后的数据传输至监控中心；电源模块为整个系统提供稳定的电源。
MEMS加速度传感器是本系统的核心部件，具有体积小、重量轻、功耗低、精度高等优点。
通过安装在边坡表面或内部，可以实时监测边坡的振动情况。
2. 软件设计软件部分主要包括数据采集、数据处理、数据传输和预警四个模块。
数据采集模块负责从MEMS加速度传感器中获取原始数据；数据处理模块对原始数据进行滤波、分析等处理，判断边坡的稳定性；数据传输模块将处理后的数据通过通信模块发送至监控中心；预警模块根据数据处理结果，当边坡出现失稳趋势时，及时发出预警信息。
三、系统实现1. 数据采集与处理MEMS加速度传感器实时采集边坡的振动数据，包括X、Y、Z三个方向上的加速度。
通过对这些数据进行滤波、去噪等处理，提取出有用的信息。
然后，通过算法分析这些信息，判断边坡的稳定性。
2. 数据传输与存储处理后的数据通过通信模块发送至监控中心。
监控中心对接收到的数据进行存储、分析和处理，以便后续查询和分析。
同时，监控中心还可以通过通信模块向现场设备发送控制指令，实现对边坡稳定性的实时控制。
3. 预警与报警当系统判断边坡出现失稳趋势时，立即发出预警信息。
预警信息可以通过短信、电话、邮件等方式通知相关人员。
MEMS高g加速度传感器高过载能力的优化研究
０ ０５ ） ３ ０ １
（ 中北大学 电子 测试 技术 重点实验室 ， 太原
摘 要 ：设计的Ｍ Ｍ 高 ｇ ＥＳ 加速度传感器抗高过载能力差， 将导致在冲击等恶劣环境中应用时结构易破坏。通过
分析传感器结构对其抗过载 能力 的影 响 ， 及在高 冲击测试 中传 感器结构 损坏情况 的统计 ， 出了一种新颖 的优化高 ｇ 提 加 速度传感器抗高过载能力 的方法 。该方法是在结构 最易断裂的梁根部和端部添加倒角 ， 以分散在冲击作用下传感器结构 这些部位受到 的应力 ， 进而提高加速度传感器的高过载能力 ， 并从理论仿真分析 了该方法 的可行性 。最后利用 Ｈ ｐ ｉｓｎ ｏｋｎｏ 杆测试方法对优化前后 的加速度传感 器进 行冲击测试 ， 测试结果表 明 ， 加速度计 的抗 高过载 能力 从 １００ ０ｇ 高到 ２ ０ ８ ０ 提 ４ ０ ０ｇ 说明该优化方法显著 ， ０ ， 明显提高了该类加速度传感器 的抗 高过 载能力 ， 设计 的加速 度传感 器达 到了较理 想 的抗 高
Ｆｉ １ ｇ． Ｔｈ ｔ ｔｒ ｆｈｇ ｇ ａ ｃ ｌ ｒｔｏ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓｕｃｕ ｅ ｏ ｉｈ— ｃ ｅ ｅ ａｉｎ ｓ ｎ ｏ
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基金项 目：山西省青年学术带头人资助和新世纪优秀人才支持计划资助 收稿 日 ： ００— ５一 Ｏ 修改稿 收到 日 ： １ ０ — ６ 期 ２１ ０ ｔ 期 ２ ０— ７ １ ０ 第一作者 石云波 男 ， 博士生 ， 副教授 ， ７ １ ２年生 ９
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中图分类号：ＴＰ２１２．９
文献标识码：Ａ
文章编号：ｌ００４．７３ｌｘ（２００８）１６－４３０６．０４
Ｄｅｓｉｇｎ Ｏｆ ＭＥＭＳ ｈｉｇｈ ＧＡｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ ｓｍ Ｙｕｎ．ｂｏ，ＱＩ ｘｉ∞．ｊ诹．ＬＩＵ Ｊｕｎ。ＭＥＮＧ Ｍｅｉ州
∞矗咄ｌＫｃｙＬａｂｏｍｔｏｒｙ矗）ｒＥｌｃｃ的面ｃＭｅ部ｕ砌印ｔＴ鼬ｎｏｌｏ肼Ｎｏｒｎｌｕ面ｖｅｆｓ时ｏｆｃｈｉｎａ，倒”锄０３００５ｌ，ｃｌｌｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｈｉｇｌｌ ２ ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｃｒ惭ｔｌｌ ｆｏｕｒ．ｔｅｎＩｌｉｎａｌ ｆｉｘｅｄ ｂｅ锄一ｉｓｌａｎｄ ｓｍｌｃｔｕｒｅ ｗａＬｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｍｅ ｐｕｒｐｏｓｅ
ｄ即脚Ｐｄ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｎ ｓｐｅｃｉａＩ ｄｅｍａｎｄ．７确ｅ ｗＰ垃而ｆ Ｄ，’聃已聊口船讲耐历Ｐ如伽ｃｅ ６Ｐｍ馏Ｂ＂珐Ｐ鲫ｆ盯Ｄ厂坍御ｓ口一ｄ ６印埘ｓ ｗＢ比６０咖 ６ｙ氐１）Ｈ Ｐ纪矗∥珐Ｐ ６４ｃ乐∥珐Ｐ朋础ｓ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ ｔ１１ｅ ｔｅｃｌｌｌｌｏＪｏ星防ｍｅ ｄｉｌｌｌｅｎｓｉｏｎ
图１是一种新型的高量程压阻式加速度传感器，设计量 程为１５０，０００９。该结构粱的宽度和质量块的长宽均一致，压 阻对称放置于四梁根部，可以很好地抑制非对称性结构引起 的沿梁长度方向横向加速度的影响。利用ＫＯＨ溶液在质量 块背部开槽腐蚀，减轻质量块质量，且减小了质量块质心与 梁中心面的距离。从而使梁岛式结构与平膜式结构的优点得 到了有效的结合【ｚＪ。
图ｌ高ｇ值加速度传感器结构
１器件结构
１．１原理分析
收稿日期：２００７—０４一ｌｏ
惨回日期：２００７－０８一１８
基金项目：山西省青年学术带头人项目资助，教育部新世纪优秀人才基
金资助州ＣＥｌ加４－０２５９）．
作者简介：石云波（１９７２．）’男，山西垣曲人，硕士，讲师，研究方向为
艇Ｍｓ，微惯性技术。
对于这种四端固支的梁．岛微结构，因梁的厚度并非远 远小于质量块的厚度，而且梁的宽度与质量块相等，质量块 的变形和梁的质量对微结构的应力与频率造成的影响不能
引言
高ｇ值ＭＥＭＳ加速度传感器设计用于苛刻的撞击、爆炸、 冲击场合的加速度测试。目前，国内外主要使用基于压阻原 理的加速度传感器来实现大加速度的测量【１１。典型的压阻式 加速度传感器结构主要分为两种：梁岛式和平膜式。梁岛式 结构灵敏度较高，但固有频率较难提高，且由于质量块质心 与梁的中心面位于不同平面，抗冲击能力较差，尤其当结构 承受横向加速度时，结构会因受到较大的扭矩发生扭转，造 成结构损坏；平膜式结构固有频率高，能有效地提高抗冲击 性能，且能承受更高的横向加速度，但由于没有相对质量块 的存在，应力集中区较小，灵敏度相对较低，且线性较差。
质量块（岬）
边长（ａ２） 厚度（ｈ２）
１０５０
４００
质量块底面槽（岬）
边长（ｗ）
深（ｈ３）
４００
２８２
图５结构表面应力分布
是基本对称的。进一步提取单梁上的应力曲线，如图６所示。
压敏电阻在某一单梁上的位置正是以此为依据布置的。避开
图６中曲线两端的非线性区域，根据结构上表面应力分布，
将四个压阻，放置在线性区域内，分别距梁根部５０ｕｍ。
２结构仿真 ２．１灵敏度分析
压阻布置连线情况如图ｌ（ａ）所示采用惠斯通全桥，取工 作电压％为５Ｖ，结合图６，当器件受到１５０，ｏｏＯｇ加速度时， 电桥输出为
根据表ｌ参数建立ＡＮＳＹＳ实体模型，设定有限元的单元 类型为ｓＯＬＩＤ４５；硅晶体材料的密度为２３３０ｋ∥Ⅱ１３，硅泊松 比为０．２８。在支撑区底部加全约束，给整体结构施加１５０，０００９ 敏感方向的惯性载荷后经解算，可以得到如图５所示应力分 布图【５】。
６（口ｌ厶＋詈ｍ
６（“：＋詈ｍ
其中，＾：盟，，：：！！（鱼±盟
‘
‘
１２
１２
将公式（４）代入（１）、（２），两次积分可得到梁与质量
块的位移函数。进而得到梁表面应力和频率方程：
仃（功＝詈岛ｄ（ｘ）
（５）
０．４２；ｐ为空气粘滞系数，取１．８×１０。１５ｋ∥ｎｌ／ｓ。
１．２参数优化设计
针对高ｇ值的加速度传感器，期望在得到较高可靠性的 同时，尽可能提高灵敏度，同时为了保证结构稳定性，设计 时还要保证足够的带宽和适当的阻尼比。首先根据设计指标 要求确定以下性能约束【４】：
用在质量块背部ＫｏＨ腐蚀的方法，战轻质量块质量，且战小质量块质心与梁中心面的相对距离。
利用力学计算与工艺相结合，确定了结构尺寸；通过Ａｎｓｙｓ软件对其进行应力分析、模态分析，得
到了结构的输出灵敏度与一阶固有频率；最后利用瞬态分析验证了该结构能够承受２０，０００９的瞬态
冲击，符合设计要求。
关键词：微机电系统；高ｇ值；加速度传感器；仿真
ｏｆ ｔｈｅ ｓ臼１ｌｃｔＬｌｒｅ ｗ勰ｄｅｔｅ咖ｉｎｅｄ．Ｔｈｒｏｕ曲血ｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ也ｅ ｍｏｄｅｌ ｂｙ Ａｎｓｙｓ，ｔ｝屺ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ锄ｄ
ｓｎｌＪｃｔｕ坨ｃ柏ｂｅａｒ们ｎｓｉｅｌｌｔ抛ｃｋ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｆ沁ｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｍｅ ｆｉｒｓｔ ｍｏｄｅｌ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．ＩＩｌ ｔＩｌｅ ｅｎｄ，ｉｔ ｉｓ ｔｅｓｔｉ６ｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ
万方数据
·４３０６·
第２０卷第１６期 ２００８年８月
石云波，等：ＭＥＭＳ高Ｇ值加速度传感器设计
、，０１．２０Ｎｏ．１６ Ａｕｇ．，２００８
再忽略不计。所以在对微结构进行分析时，必须考虑质量块
的弯矩方程【３１。依照图２坐标，可以得到梁和质量块的弯矩
方程分别为
∞。（工）＝二三墨兰半＋等，硒≤』≤三（２） ∞·（Ｊ）：二墨娑＋黑，ｏ≤工铀
‘ＰｏｓＴｌ＾Ｎ
涨。 ｓｌｒ旺１Ⅲ“ｏ００６ 一…
ＰＡＴＨＰＬｃｒｒ ㈨０”钔
计
６９４４１９０
５５５２ ００６
４１５９ ８２ｌ
２７６７ ６３６
１３７５ ４５１ ．１６ ７３３
－１４０８ ９ｌＳ ．２８０ｌ＿ｌ∞ ＿４１９３ ２８８ ．５５８５ ４７３ ．６９７７ ６５８
（ｘ１０¨３） １２５
图６ １５０，０００９时，单梁上应力曲线
Ｉ上自劈■辖一草飞Ｉ 腐蚀达到（１１１）晶面自停止时的腐蚀深度。 Ｈ
ｃ２ Ｉ‘．＿可＋１
０
Ｌ
’
图２力学模型截面图
根据边界条件：
ｆ∞’（ｑ—ｏ）＝∞’（口ｌ＋ｏ）
｛∞（口ｌ—ｏ）＝∞（硒＋ｏ）
（３）
【∞（口ｌ＋口２／２）＝ｏ
可解得
ＭＭ＝：兰—迦—竺—兰一Ｊ‰Ｒ口＋Ｉ竺＋—：——生—！—！竺上—：—兰—Ｌ恳恳 （ｐ４Ｊ）
然后在结构上表面建立一条在ｘ方向贯穿整体结构的路 径。经ＡＮＳＹＳ分析可以得到结构在该路径上所受的ｘ方向应 力仃。及ｙ方向应力仃，，并可以看出结构上表面的应力分布
‰，＝５×三兰（盯：一仃＾）＝ｌｌｏ朋矿
则ｓ：输些出灵：敏黑度＿为ｏ．７３３Ⅳ矿／ｇ
口
１５００００９
２．２模态分析
在实际工程中，传感器固有频率的大小决定了工作频率 的范围，固有频率越高，其相应的工作频率范围也就越宽。
图４（ａ）所示为阻尼比与梁长度和厚度的关系，梁越长， 阻尼比越大，梁越厚，阻尼比越小。图４（ｂ）所示为阻尼比与
万方数据
·４３０７·
第２０卷第１６期 ２００８年８月
系统仿真学报
、，０１．２０Ｎｏ．１６ Ａｕｇ．，２００８
图４阻尼比与结构尺寸的关系
背腔腐蚀槽边长和梁长度的关系，背腔腐蚀槽边长变化对阻 尼比影响较梁长度变化的影响较小，梁越长阻尼比越大。
（１）盯一≤２００膨％； （２），≥２５０Ｋ舷； （３）善≥ｏ．７０７。 考虑在加工过程中选用的硅片厚度为４００ｕｍ，在梁宽度 与质量块宽度相等的前提下，为保证经ＫＯＨ腐蚀后形成的
质鼍块背部的完整性，质量块尺寸不易小于１０００岬。若质
量块太小，由于ＫＯＨ腐蚀的各向异性，腐蚀深度越大，质 量块背部越容易形成倒锥形，难以得到理想的质量块：若减 小背腔腐蚀深度，则会使梁的厚度增大，对梁结构释放时的 ＩＣＰ刻蚀造成困难。所以本设计首先从工艺优化角度出发，
３结论
武器侵彻过程中参数测试需要解决许多复杂的技术问
万方数据
·４３０８·
第２０卷第１６期 ２００８年８月
石云波，等：ＭＥＭＳ高Ｇ值加速度传感器设计
Ｖｏｌ＿２０Ｎｏ．１６ Ａｕｇ．，２００８
一般在加速度传感器设计中要求其固有频率是工作频率的５ 倍以上【６，７１。利用ＡＮｓＹｓ中的模态分析模块对所设计高ｇ值加 速度传感器进行前三阶模态频率分析，从模态分析结果（如 图７所示），结构一阶固有频率为３３２．９Ⅺ七，远离低频段， 能够有效抗击常环境干扰，振型为主自由度ｚ方向上下回复 振动．机械原理符合设计思想，能够实现对加速度的测量。 二、三阶模态频率与一阶固有频率相差将近３００ｋＨｚ，振型 分别为质量块绕ｘ轴转动和绕ｙ轴转动，可以有效抑制交叉耦 合，使传感器工作稳定。但是仿真所反应最大位移为相对值， 无实际意义，有意义的只有固有频率和振动形式。由此还得 进行瞬态分析，从而确定结构对的载荷响应的最大位移。
（１）
一
ＥＩＩ
２Ｅｊ Ｌｍ。
‘
１。
２ＥＩ，
２Ｅ１１｛１‘１
式中：毋＝朋ｌ（口＋ｇ） 只＝，押２（口＋ｇ）
工＝口ｌ＋啦／２ ｊ＝啦一２（如一＾）／ｔａｌｌ日
缟＝÷ｔ柚９
珊＝ｐ硒啦＾
历２＝ｐ【（口；啊＋÷（如一鱼）（口；＋Ｊ２＋口２Ｊ））一÷ｗ２啊】
Ｐｌ、Ｐ２分别为梁和质量块上的作用力；Ｌ为质量块质心 到梁根部的距离；Ｍ为结构固定端处的弯矩；１１、１２分别为 梁和质量块的惯性矩；ｍ１、ｌｌｌ２分别为梁和质量块的质量；ｓ 为质量块底部边长；０为（１００）晶面与（１１１）晶面的夹角， 取５４．７４。：ｗ为质量块背腔腐蚀方槽边长；ｈ３为质量块背腔