【摘要】：本論文提出了 一種基于氮化鋁材料的壓電諧振式MEMS加速度計,包括理論整理與分析,有限元仿真與優(yōu)化,加工和實(shí)驗測試。傳感器基于壓電驅(qū)動的DETF(Double-Ended Tuning Fork,雙端音叉)諧振器。諧振器的諧振梁上覆蓋了氮化鋁壓電薄膜,壓電薄膜上端沉積特定形狀的金屬電極,將金屬電極以及摻雜硅作為兩極施加激勵信號,可以完成對諧振器的驅(qū)動。加速度計的設(shè)計中也采用了兩級柔性杠桿,用于放大質(zhì)量塊所產(chǎn)生的慣性力,大幅增加諧振器的靈敏度,并通過中心對稱的布置結(jié)構(gòu),使得在最優(yōu)利用空間的同時,進(jìn)一步提升諧振器的靈敏度。諧振式加速度計被置于室溫以及4mTorr的真空度下,通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測得左端諧振器的諧振頻率為140.744kHz,右端諧振器的諧振頻率為140.786kHz。在-1g至1g的范圍內(nèi),左側(cè)諧振器的靈敏度為13.6Hz/g,右側(cè)諧振器的靈敏度為14.8Hz/g,器件靈敏度為28.4Hz/g。相比之前報道過的最佳性能,本設(shè)計的絕對靈敏度(Hz/g)提高了 57%,相對靈敏度(ppm)提高了 267%。本論文還針對傳統(tǒng)"單端驅(qū)動"的DETF諧振器進(jìn)行了優(yōu)化,提出了"雙端驅(qū)動"模式,相比傳統(tǒng)驅(qū)動方式,其諧振時的相位變化增加了 10.5°/190%,平面內(nèi)的振幅增加了 35%,平面外振幅的增加被限制在11%。全文分為7章,各章內(nèi)容分述如下:第一章,介紹了 MEMS加速度計的發(fā)展歷史、趨勢、種類,說明了各類型器件的原理與特點(diǎn)。接著通過列舉具有代表性的典型設(shè)計,重點(diǎn)介紹了靜電與壓電式MEMS諧振式加速度計在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,并基于目前MEMS加速度計的發(fā)展與研究趨勢,確定了將基于氮化鋁材料的壓電諧振式MEMS加速度計作為研究方向。第二章,介紹了基于氮化鋁的壓電諧振式MEMS加速度計的設(shè)計,整理并總結(jié)了 1.計算諧振器諧振頻率、靈敏度的數(shù)學(xué)模型,2.以壓電方式驅(qū)的加速度計諧振器的設(shè)計方法,3.計算多級柔性杠桿放大因子的數(shù)學(xué)模型,基于整理與總結(jié)結(jié)果對諧振器、驅(qū)動電極以及多級柔性杠桿進(jìn)行了優(yōu)化,并通過COMSOL軟件進(jìn)行了仿真,完成了加速度計的整體設(shè)計。第三章,介紹了用于本加速度計加工的PiezoMUMPs工藝流程,包括8個主要步驟與用于加工加速度計的5張掩膜版。第四章,介紹了用于本加速度計測試的設(shè)備,儀器與方法。第五章,展示了本加速度計的各項性能測試結(jié)果,包括-1g至1g加速度下靈敏度的靜態(tài)靈敏度測試,非線性測試,溫度漂移測試,真空與大氣壓下諧振信號的對比測試。第六章,在傳統(tǒng)的諧振器"單端驅(qū)動"的模式下,提出了一種新型的DETF諧振式驅(qū)動模式,完成新諧振器的設(shè)計、加工以及測試。論文的第七章對本論文的工作進(jìn)行了全面總結(jié)與整理,進(jìn)一步闡明了本論文的創(chuàng)新點(diǎn)以及取得的成果,同時也對其中的不足以及未來可進(jìn)一步開展的工作進(jìn)行了展望。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH824.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳世藩;;諧振式相復(fù)勵系統(tǒng)的簡易改造[J];電工技術(shù);1985年06期

2 K.E.B.Thornton;葛楚鑫;;新型光激勵諧振式壓力傳感器[J];國外計量;1989年04期

3 李平;;諧振式無線輸電的可行性研究[J];廣西師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年01期

4 鄭越;黃付剛;張代潤;石曉麗;;一種諧振式DC/DC變換器的設(shè)計與研究[J];電力電子技術(shù);2007年10期

5 張建輝;徐鵬飛;馬可貞;薛晨陽;張文棟;閆樹斌;;諧振式陀螺檢測信號調(diào)制技術(shù)研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2013年07期

6 樊尚春;楊軍;肖志敏;蔡晨光;;硅諧振式微傳感器開環(huán)特性測試與數(shù)據(jù)處理[J];宇航學(xué)報;2006年05期

7 施克仁,郭寓岷,孫滌清,吳敏生,康清生;大功率IGBT諧振式中頻逆變電源的研制[J];電工技術(shù)雜志;1996年02期

8 王兆強(qiáng);劉海利;徐天柱;陳加浪;黃震宇;;諧振式壓電疊堆的高效換能結(jié)構(gòu)研究[J];振動與沖擊;2011年12期

9 王鋒;諧振式汽車懸掛測試系統(tǒng)的分析[J];淮陰工學(xué)院學(xué)報;2003年03期

10 張震宇,盧霞;開關(guān)電源中諧振式變換器研究[J];蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2005年02期

相關(guān)會議論文 前1條

1 秦廷楷;王亞石;李哨華;;諧振式波導(dǎo)—同軸線轉(zhuǎn)換器[A];1995年全國微波會議論文集（上冊）[C];1995年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 青海 陳憲和;也談諧振式濾波器諧振電容的選取[N];電子報;2005年

2 河北 劉瑞璽;諧振式濾波器諧電容的選取[N];電子報;2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 李中啟;磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)效率分析與優(yōu)化[D];湖南大學(xué);2016年

2 陳琛;諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的若干電磁問題研究及優(yōu)化設(shè)計[D];東南大學(xué);2016年

3 錢坤;面向諧振式微光學(xué)陀螺的高Q平面光波導(dǎo)諧振腔研究[D];中北大學(xué);2017年

4 何曉陽;微波頻段非諧振式Metamaterial結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用的研究[D];清華大學(xué);2011年

5 唐雄民;大功率串聯(lián)負(fù)載諧振式臭氧發(fā)生器供電電源的研究[D];湖南大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 俞亦茂;基于掩膜—無掩膜腐蝕的硅微諧振式加速度計關(guān)鍵工藝研究[D];中國計量學(xué)院;2015年

2 陳思語;一種諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的研究[D];中國計量學(xué)院;2015年

3 吳二雷;基于磁耦合諧振式無線供電系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D];東北大學(xué);2014年

4 達(dá)霆;磁耦合諧振式無線傳能實(shí)驗系統(tǒng)設(shè)計與傳輸特性研究[D];華中科技大學(xué);2014年

5 何亞偉;磁耦合諧振式無線電能與信號同步傳輸方法研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2016年

6 謝民燦;諧振式無線電能傳輸裝置的系統(tǒng)分析與設(shè)計[D];華南理工大學(xué);2016年

7 漆志婉;諧振式油品檢測系統(tǒng)設(shè)計[D];南京理工大學(xué);2016年

8 屠張杰;基于磁耦合諧振式無線能量與信號同步傳輸技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2016年

9 周俊巍;多發(fā)射線圈磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的研究[D];南京理工大學(xué);2016年

10 李均龍;兩負(fù)載的諧振式無線輸電系統(tǒng)設(shè)計與研究[D];電子科技大學(xué);2016年

本文編號：2738156