硅微諧振式加速度計(jì)的非線性振動可以導(dǎo)致振動幅度噪聲耦合到頻率輸出進(jìn)而惡化器件的噪聲性能,因此有必要對諧振式加速度計(jì)的非線性振動特性進(jìn)行評估及優(yōu)化,拓展線性振動范圍。本文針對所設(shè)計(jì)的基于梳齒結(jié)構(gòu)與振動梁復(fù)合的硅微諧振式加速度計(jì)進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)分析。首先對加速度計(jì)結(jié)構(gòu)使用COMSOL仿真軟件進(jìn)行了非線性仿真分析,該方法通過在諧振梁的振動方向上施加一個(gè)靜力,得到力與位移之間的關(guān)系,計(jì)算出非線性三次項(xiàng)系數(shù)k_3,eff和線性系數(shù)k_eff的比值約為2.13×10¹⁰ m^-2。然后,對雙端固支音叉（DETF）進(jìn)行掃頻測試,得出DETF的非線性振動頻響曲線。根據(jù)Duffing方程對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得出器件兩個(gè)DETF的非線性三次項(xiàng)系數(shù)k_3,eff和線性系數(shù)k_eff的比值分別為2.24×10¹⁰ m^-2和2.19×10¹⁰ m^-2。仿真值與測試值的誤差分別為5.2%和2.8%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果...

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【部分圖文】：

圖1 雙端固支音叉結(jié)構(gòu)示意圖

該SRA采用滑膜梳齒結(jié)構(gòu)作為雙端固支音叉(Double-endFixed-dutyTuningFork,DETF)的驅(qū)動電容。圖1為DETF結(jié)構(gòu)的示意圖,其尺寸參數(shù)如表1所示。相比于傳統(tǒng)的機(jī)翼型梳齒,這種結(jié)構(gòu)有著更小的質(zhì)量塊,故而有著更大的標(biāo)度因子和更高的諧振頻率[11-1....

圖2 諧振加速度計(jì)示意圖

表1雙端固支音叉尺寸參數(shù)Tab.1Dimensionalparametersofdouble-endfixed-dutytuningfork參數(shù)數(shù)值諧振梁長度L/μm600諧振梁寬度w/μm5.5結(jié)構(gòu)厚度h/μm60梳齒寬度wc/μm5梳....

圖4 COMSOL仿真流程

基于式(1),用施加靜載荷的方法對諧振梁進(jìn)行仿真分析。此方法通過施加靜載荷于諧振梁的振動方向,可以快速有效地得出位移與靜力的關(guān)系,從而得出keff和k3,eff的值。如上節(jié)所述對模態(tài)仿真分析后,改變DETF的邊界條件,勾選軟件中的非線性條件,計(jì)算位移與驅(qū)動力之間的關(guān)系。仿真分析....

圖5 仿真結(jié)果中驅(qū)動力與位移的關(guān)系

圖5為非線性仿真結(jié)果,從中可以得出驅(qū)動力與位移的關(guān)系。keff和k3,eff的仿真值分別是231.60N/m和4.94×1012N/m3,計(jì)算得出k3,eff和keff的比值為2.13×1010m-2。在工作模式處于線性振動時(shí),驅(qū)動電容驅(qū)動梳齒,使諧振梁在諧振狀態(tài)下工作....

本文編號：4017981