本文選題：MEMS + 加速度計(jì)�。� 參考：《華中科技大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：MEMS加速度計(jì)因?yàn)轶w積小、重量輕、功耗小、易集成、成本低等特點(diǎn)在近些年得到了飛速的發(fā)展,在消費(fèi)電子領(lǐng)域已獲得了廣泛應(yīng)用�，F(xiàn)階段,以滿足慣性導(dǎo)航、航空航天等高端領(lǐng)域應(yīng)用需求的高精度MEMS加速度計(jì)依然是研究熱點(diǎn)。本文旨在設(shè)計(jì)并制作基于變面積式電容傳感的高精度MEMS加速度計(jì)表頭,目標(biāo)量程達(dá)到±15g,本底噪聲小于10μg/√Hz。本文的加速度計(jì)表頭采取了常見的“三明治”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),通過對(duì)傳統(tǒng)加速度計(jì)的傳感模型以及變面積電容位移傳感模型的理論分析,基于最終的研制目標(biāo),設(shè)計(jì)獲得了加速度計(jì)包括彈簧-振子結(jié)構(gòu)以及電容傳感陣列的主要結(jié)構(gòu)尺寸。最終設(shè)計(jì)出來的加速度計(jì)表頭的機(jī)械熱噪聲6ng/√Hz,量程±16g。ANSYS靜力學(xué)仿真分析以及模態(tài)仿真分析對(duì)本征頻率及量程兩個(gè)主要參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證,模擬結(jié)果符合我們的理論設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)加速度計(jì)表頭的“三明治”結(jié)構(gòu),本文對(duì)各單元的功能以及單元上的功能層進(jìn)行了設(shè)計(jì),并給出了加工制作流程。流程總體上包含24個(gè)大步驟,涉及鍍膜、剝離、光刻和刻蝕等多種微加工工藝。本文重點(diǎn)介紹了整個(gè)流程中多次使用的光刻和刻蝕工藝,并給出了經(jīng)過多次優(yōu)化后的最終的詳細(xì)工藝加工流程及最終的加工結(jié)果。最后對(duì)我們加工出來的完整加速度計(jì)表頭結(jié)合外接檢測電路進(jìn)行了測試,并通過對(duì)檢測結(jié)果的分析對(duì)加速度計(jì)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn),最終實(shí)現(xiàn)了加速度檢測功能,分辨率達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。其中,根據(jù)測得的本征頻率及Q值推知加速度計(jì)表頭的等效加速度機(jī)械熱噪聲小于10ng/√Hz,滿足我們本底噪聲10μg/√Hz的設(shè)計(jì)目標(biāo);加速度檢測靈敏度達(dá)到了203mV/g,接近228mV/g的設(shè)計(jì)靈敏度;對(duì)本底噪聲功率譜分析表明,其在1-200Hz頻段范圍內(nèi)的加速度分辨率為6μg,達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。
[Abstract]:MEMS accelerometers have been developed rapidly in recent years because of their small size, light weight, low power consumption, easy integration and low cost, and have been widely used in the field of consumer electronics. At present, high precision MEMS accelerometers to meet the needs of inertial navigation, aerospace and other high-end applications are still the research hotspot. The aim of this paper is to design and fabricate a high-precision MEMS accelerometer head based on variable-area capacitive sensor. The target range is 鹵15g and the background noise is less than 10 渭 g / hm2. The accelerometer head of this paper adopts the common "sandwich" structure design, through the traditional accelerometer sensor model and the variable area capacitance displacement sensing model theory analysis, based on the final development goal, The main structural dimensions of accelerometer including spring-oscillator structure and capacitive sensor array are obtained. The mechanical thermal noise (6ng/), the range 鹵16g.ANSYS statics simulation analysis and the modal simulation analysis of the accelerometer head are designed to verify the intrinsic frequency and range. The simulation results are in accordance with our theoretical design. On this basis, aiming at the "sandwich" structure of the accelerometer head, the function of each unit and the function layer on the unit are designed in this paper, and the processing process is given. The process consists of 24 steps, including coating, peeling, lithography and etching. This paper mainly introduces the lithography and etching process used many times in the whole process, and gives the final detailed process flow and the final processing result after several optimization. Finally, we test the whole accelerometer head and the external detection circuit, and improve the design of the accelerometer through the analysis of the test results. Finally, the acceleration detection function is realized. The resolution reaches the design target. According to the measured intrinsic frequency and Q value, the equivalent acceleration mechanical thermal noise of the accelerometer head is less than 10ng/ Hz, which meets the design goal of our background noise of 10 渭 g / Hz. The sensitivity of acceleration detection is up to 203mV / g, which is close to the design sensitivity of 228mV/g. The analysis of background noise power spectrum shows that the acceleration resolution in 1-200Hz band is 6 渭 g, and the design goal is achieved.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH824.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 于治會(huì),王阿春;關(guān)于加速度計(jì)參數(shù)的選定(1)[J];傳感器世界;2000年11期

2 于治會(huì),王阿春;關(guān)于加速度計(jì)參數(shù)的選定(下)[J];傳感器世界;2000年12期

3 于治會(huì);加速度計(jì)的靜態(tài)校準(zhǔn)[J];宇航計(jì)測技術(shù);2000年02期

4 顧英;慣導(dǎo)加速度計(jì)技術(shù)綜述[J];飛航導(dǎo)彈;2001年06期

5 徐剛,于治會(huì);關(guān)于加速度計(jì)參數(shù)的選定[J];氣象水文海洋儀器;2001年01期

6 徐剛,于治會(huì);關(guān)于加速度計(jì)參數(shù)的選定[J];鑿巖機(jī)械氣動(dòng)工具;2001年01期

7 高宗;正確地連接和使用加速度計(jì)[J];世界產(chǎn)品與技術(shù);2001年04期

8 顧英,趙連元;微硅加速度計(jì)技術(shù)綜述[J];飛航導(dǎo)彈;2002年09期

9 于治會(huì);關(guān)于加速度計(jì)參數(shù)的選定[J];航空兵器;2002年06期

10 馬欣龍,王永梁;梳齒式微機(jī)械力平衡加速度計(jì)[J];中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2002年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 曹慧丹;沈昱明;賴際舟;;微硅加速度計(jì)標(biāo)定及試驗(yàn)研究[A];第六屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（2）[C];2008年

2 索智群;喬?hào)|海;;力平衡模擬反饋電容加速度計(jì)的研究[A];2010’中國西部聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2010年

3 劉惠蘭;林恒;李莉;張春熹;;光學(xué)加速度計(jì)的技術(shù)及發(fā)展[A];慣性技術(shù)發(fā)展動(dòng)能發(fā)展方向研討會(huì)論文集[C];2004年

4 劉惠蘭;林恒;李莉;張春熹;;光學(xué)加速度計(jì)的技術(shù)研究與發(fā)展[A];2004全國光學(xué)與光電子學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)、2005全國光學(xué)與光電子學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)、廣西光學(xué)學(xué)會(huì)成立20周年年會(huì)論文集[C];2005年

5 錢朋安;;一體化多維加速度計(jì)研究的若干問題分析[A];中國儀器儀表學(xué)會(huì)第九屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

6 宋長福;嚴(yán)小軍;韓豐田;郭曉芳;馬高印;;硅微靜電懸浮加速度計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[A];微機(jī)電慣性技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢——慣性技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)發(fā)展方向研討會(huì)文集[C];2011年

7 李建飛;薛兵;張俊峰;朱小毅;王曉蕾;;應(yīng)用于MEMS加速度計(jì)的小型恒溫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[A];中國地震學(xué)會(huì)第14次學(xué)術(shù)大會(huì)專題[C];2012年

8 周澤兵;祝竺;;靜電懸浮加速度計(jì)研究[A];中國地球物理2013——第二十六專題論文集[C];2013年

9 薛旭;李丹東;劉國文;萬蔡辛;張承亮;;MEMS加速度計(jì)工程樣機(jī)的研制[A];慣性技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)發(fā)展方向研討會(huì)文集——新世紀(jì)慣性技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用[C];2012年

10 張亮;陸秋海;;靜電懸浮式電容差分加速度計(jì)測量原理與動(dòng)特性設(shè)計(jì)[A];第九屆全國振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前4條

1 包秋紅;加速度計(jì)測試的加速者[N];中國航空?qǐng)?bào);2004年

2 唐新培;“黑黢俠”再顯神威[N];中國航天報(bào);2012年

3 黃忠魁 付秀娟 本報(bào)記者 徐建華;“敏感精靈”助力嫦娥探月[N];中國質(zhì)量報(bào);2014年

4 唐新培;搬走“三座山” 促成“太空吻”[N];中國航天報(bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前9條

1 蔣玉齊;高量程MEMS加速度計(jì)封裝研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2004年

2 楊杰;無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計(jì)構(gòu)型研究與誤差分析[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

3 張習(xí)文;微小型加速度計(jì)的精密裝配及影響性能的因素研究[D];大連理工大學(xué);2013年

4 黃添添;氣隙磁力表征型磁懸浮加速度計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2015年

5 劉志平;無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

6 李博;基于共振隧穿結(jié)構(gòu)介觀壓阻效應(yīng)的納機(jī)電加速度計(jì)研究[D];中北大學(xué);2008年

7 劉力;慣性傳感器扭擺測試中地面振動(dòng)和放電金絲的影響研究[D];華中科技大學(xué);2012年

8 王世明;基于離心機(jī)的慣性儀表測試方法研究與誤差分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

9 武慶雅;旋轉(zhuǎn)彈藥的慣性導(dǎo)航與解耦控制方法研究[D];北京理工大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王世昌;基于角速率的加速度計(jì)陣列誤差系數(shù)標(biāo)定方法的研究[D];中北大學(xué);2009年

2 徐小麗;高過載條件下微型加速度計(jì)的動(dòng)態(tài)分析[D];南京理工大學(xué);2009年

3 黎淵;三軸高g加速度計(jì)的測試?yán)碚撆c實(shí)驗(yàn)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

4 鮑路路;高g值加速度計(jì)及其檢測電路的設(shè)計(jì)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

5 高宇;捷聯(lián)系統(tǒng)中加速度計(jì)信息處理技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

6 胡紅革;硅撓性伺服加速度計(jì)設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2002年

7 紀(jì)君寵;鈸式結(jié)構(gòu)加速度計(jì)的研究與設(shè)計(jì)[D];北京大學(xué);2008年

8 李永光;高精度加速度計(jì)標(biāo)定與補(bǔ)償技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

9 李園晴;懸絲支承加速度計(jì)溫度誤差建模及補(bǔ)償研究[D];上海交通大學(xué);2011年

10 王巍;高精度加速度計(jì)測量系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

，

本文編號(hào)：1870032