研究了一種新型微機電系統(tǒng)(MEMS)加速度計,利用雙面四端固支的三維對稱結(jié)構(gòu)從根本上消除了橫向干擾�；诠こ塘W(xué)原理建立了雙面四端固支結(jié)構(gòu)的解析模型,分析了該結(jié)構(gòu)的靈敏度、頻率響應(yīng)、橫向靈敏度等主要性能。通過有限元仿真,優(yōu)化了敏感結(jié)構(gòu)的尺寸。該敏感結(jié)構(gòu)設(shè)計量程20×104gn,靈敏度大于0.8μV/gn/10VDC,橫向靈敏度比小于1%,諧振頻率大于613 k Hz,滿足工程應(yīng)用要求。提出了基于體硅MEMS技術(shù)的制作工藝方案。

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【部分圖文】：

圖1 雙面固支結(jié)構(gòu)示意

圖1中的雙面固支結(jié)構(gòu)由固支框、質(zhì)量塊、四條背面梁和八條正面梁組成，力敏電阻對稱分布于正面梁的上表面。敏感方向(Z軸)垂直于質(zhì)量塊正面，X軸和Y軸垂直于Z軸，由于三維完全對稱，所以X軸和Y軸可以等效互換。正面梁的尺寸為:長l，寬wb，高h(yuǎn)b。背面梁的尺寸為:寬wf，高h(yuǎn)f。質(zhì)量塊長....

圖2 有限元模型

用ANSYS建立有限元模型如圖2。在固支框的4個側(cè)面添加位移約束，將固支框4個側(cè)面固定。敏感軸(Z軸)添加20×104gn慣性載荷，進行模態(tài)仿真。模態(tài)分析結(jié)果見表2。

圖3 Z軸20×104gn載荷下的位移云圖

對敏感結(jié)構(gòu)進行靜態(tài)分析，20×104gn慣性載荷下敏感結(jié)構(gòu)的位移云圖見圖3。質(zhì)量塊的最大位移為0.14μm，最大應(yīng)力為45MPa，最大應(yīng)變?yōu)?13×10-6，在硅的線性彈性應(yīng)變范圍內(nèi)。敏感梁上表面中線上的正應(yīng)力和剪切應(yīng)力分布如圖4。應(yīng)力最大的區(qū)域在敏感梁的兩端，最大應(yīng)變?yōu)?0.....

圖4 Z軸20×104gn載荷下梁上應(yīng)力分布曲線

敏感梁上表面中線上的正應(yīng)力和剪切應(yīng)力分布如圖4。應(yīng)力最大的區(qū)域在敏感梁的兩端，最大應(yīng)變?yōu)?0.26MPa，假設(shè)力敏電阻長度為20μm，平均應(yīng)力大小約為28MPa，滿足壓阻器件靈敏度和非線性的要求。敏感梁上的剪切應(yīng)力比較均勻且較小，對性能的影響可以忽略。如圖5,Y向20×104....

本文編號：4033240