本文關鍵詞：高g值硅微加速度計的結構設計與分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：《高g值硅微加速度計的結構設計與分析》屬于現(xiàn)代微機電系統(tǒng)設計理論和設計方法應用技術研究領域,課題源于國防科工委MEMS高過載傳感器在引信中的應用研究。 本文在對各種硅微傳感器特點進行比較的基礎上,選擇了適用于高沖擊環(huán)境,有較高抗過載性能的電容式硅微加速度傳感器作為研究對象。對其工作原理和數(shù)學模型進行了闡述和研究。 在詳細闡述了電容式加速度計工作原理的基礎上,選擇扭擺式加速度傳感器作為設計對象,根據(jù)高g值加速度計的性能要求,設計計算了加速度計的結構尺寸,并對結構尺寸對其性能的影響進行了分析。找到了影響高g值加速度計性能的關鍵尺寸因素,例如支承軸寬度和長度尺寸。 使用有限元方法,對計算得到的高g值加速度計結構進行了靜力學和動力學仿真,以驗證該結構的抗高過載能力、在高g值環(huán)境下結構的應力分布情況,驗證結構的諧振頻率和對高沖擊信號的響應情況;同時使用ANSYS的壓膜阻尼分析功能,對扭擺式高g值加速度計中的壓膜阻尼進行了分析計算,得到一套計算壓膜阻尼的方法,根據(jù)計算結果,發(fā)現(xiàn)在扭擺式高g值電容加速度計中壓膜阻尼對結構影響甚微,可以忽略。 確定加速度計結構尺寸以后,采用MEMS專業(yè)軟件MEMS Pro4.0進行了版圖設計,制定了適用于高g值加速度計的加工工藝流程。對加工出來的硅微加速度計進行了高沖擊下的試驗測試,得到了正確的響應曲線,進一步驗證其性能。 實驗表明,設計和加工好的高g值硅微加速度傳計基本達到引信使用環(huán)境要求。通過對硅微加速度傳感器的結構設計和分析,掌握了硅微機構設計的基本步驟和方法,對今后將微結構應用于引信安全機構上奠定了基礎。
【關鍵詞】：微機械 高g值電容加速度計 MEMS
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2005
【分類號】：TH824.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目錄5-7
• 1 硅微加速度計的發(fā)展7-14
• 1．1 MEMS和微系統(tǒng)7-9
• 1．2 硅微加速度計以及國內(nèi)外的研究狀況9-13
• 1．3 本文的主要工作13-14
• 2 高g值加速度計的方案選擇14-21
• 2．1 目前硅微加速度傳感器中幾種典型傳感器工作原理與特點14-18
• 2．1．1 熱對流加速度計14-15
• 2．1．2 電容式加速度計15-16
• 2．1．3 壓阻式加速度計16-17
• 2．1．4 諧振加速度計17
• 2．1．5 隧道電流型加速度計17-18
• 2．2 變間隙式電容式加速度計的機理18-19
• 2．3 高g值加速度計結構形式的選擇19-21
• 2．3．1 “三明治”式電容加速度計19
• 2．3．2 “蹺蹺板”扭擺式電容加速度計19-20
• 2．3．3 梳齒式電容加速度計20-21
• 3 高g值電容式加速度計的結構21-31
• 3．1 扭擺式加速度計的基本數(shù)學模型21-22
• 3．2 扭擺式電容加速度計的性能指標22-29
• 3．2．1 固有頻率22-24
• 3．2．2 量程24-26
• 3．2．3 分辨率26
• 3．2．4 阻尼26-29
• 3．3 傳感器結構的具體尺寸29-31
• 4 高g值加速度計的仿真31-43
• 4．1 有限元法的發(fā)展和ANSYS軟件31-34
• 4．2 加速度計結構靜力分析34-36
• 4．3 加速度計結構動力學分析36-43
• 4．3．1 模態(tài)分析36-38
• 4．3．2 瞬態(tài)動力學分析(時間歷程分析)38-40
• 4．3．3 阻尼分析40-43
• 5 版圖設計與加工43-51
• 5．1 版圖設計43-45
• 5．2 工藝45-51
• 6 試驗測試51-57
• 6．1 馬希特錘擊試驗51-52
• 6．2 Hopkinson桿試驗52-54
• 6．3 動態(tài)試驗54-55
• 6．4 問題與分析55-57
• 7 總結與展望57-59
• 致謝59-60
• 參考文獻60-65
• 附錄65-66
• 附錄A 傳感器結構應力有限元分析65-66

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