本文關鍵詞：基于MEMS技術的質(zhì)點振速傳感器的研制，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：聲壓測量與質(zhì)點振速測量是聲學測量的兩種重要手段,相對于聲壓測量技術研究,質(zhì)點振速測量一直是該領域研究的重點與難點。本文設計并制作一種基于MEMS納米線結構的質(zhì)點振速傳感器,具有“8”字形指向性,可以廣泛應用于噪聲振動檢測、材料檢測、聲源定位、水聲測量。在MEMS質(zhì)點振速傳感器的設計上,提出了一種“體硅聲腔---雙納米線”的傳感器微結構,其中硅基聲腔的尺寸為200微米深、1毫米寬,兩根敏感納米線的尺寸為長度1毫米、厚度450納米、寬度5微米。該傳感器設計的優(yōu)點在于:(1)工藝簡單、容易加工;(2)靈敏度好,尤其在低頻區(qū)域具有較高靈敏度;(3)可靠性較高,應力小。建立了質(zhì)點振速傳感器的熱傳遞物理模型,(1)討論了納米線的幾何尺寸特別是兩根熱絲間距對靈敏度的影響,確定了納米線尺寸;(2)通過數(shù)值計算分析了質(zhì)點振速傳感器頻率特性。(3)通過測試納米線的電學參數(shù)確定了工作條件�；贛EMS體硅微加工工藝制作了MEMS質(zhì)點振速傳感器。采用腐蝕工藝形成體硅聲腔,通過腐蝕與剝離(lift-off)工藝制成納米線結構。對關鍵工藝---腐蝕與剝離的工藝參數(shù)進行了優(yōu)化,并分析了剝離工藝的影響因素�？偨Y得到了一套適合該傳感器加工的工藝參數(shù)。設計了MEMS質(zhì)點振速傳感器的信號處理電路,包括R-V轉(zhuǎn)換、頻率補償、前置放大三個部分。電路噪聲是實現(xiàn)信號處理部分需要考慮的關鍵。在R-V轉(zhuǎn)換部分,本文對三種電路方案---鏡像電流電橋、差分電橋、共發(fā)射極電橋的噪聲特性進行了比較分析。由于具有可控性強、信噪比高的優(yōu)點,優(yōu)選鏡像電流電橋作為R-V轉(zhuǎn)換的最終方案。對質(zhì)點振速傳感器的一階頻率特性通過RC進行補償,使頻率大于1k Hz時,增益提高6dB/oct。在前置放大部分,通過設計降低偏置電路的噪聲,實現(xiàn)了低噪聲前置放大電路。測試表明,等效輸入噪聲達到5nV/√Hz以下,能夠滿足傳感器的要求。本文對設計的MEMS質(zhì)點振速傳感器進行了輸出測試。(1)將駐波管方法應用到質(zhì)點振速傳感器的靈敏度測量,給出了測量原理并搭建了測試平臺,實現(xiàn)了聲波頻率100Hz~3kHz范圍內(nèi)傳感器靈敏度的測量。(2)測量結果表明,MEMS質(zhì)點振速傳感器的靈敏度可達到4.9m V/m·s~(-1)@250Hz。
【關鍵詞】：質(zhì)點振速 MEMS技術 惠斯通電橋 靈敏度
【學位授予單位】：中國計量學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 1 緒論13-17
• 1.1 概述13-14
• 1.2 研究背景及意義14-16
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容16-17
• 2 質(zhì)點振速傳感器的設計17-28
• 2.1 質(zhì)點振速傳感器的原理17-21
• 2.1.1 微流量測量原理17-20
• 2.1.2 質(zhì)點振速的測量原理20-21
• 2.2 質(zhì)點振速傳感器的幾何結構設計21-23
• 2.3 質(zhì)點振速傳感器的工作參數(shù)設計23-27
• 2.3.1 熱絲特性分析23-25
• 2.3.2 熱絲工作參數(shù)25-26
• 2.3.3 質(zhì)點振速傳感器的頻率特性26-27
• 2.4 本章小結27-28
• 3 MEMS芯片的加工工藝28-36
• 3.1 MEMS技術28-29
• 3.1.1 表面微機械加工技術28
• 3.1.2 體硅微制造技術28-29
• 3.1.3 LIGA技術29
• 3.2 MEMS制作工藝流程29-30
• 3.3 關鍵工藝研究30-35
• 3.3.1 光刻工藝30-33
• 3.3.2 剝離33
• 3.3.3 濕法腐蝕33-35
• 3.4 本章小結35-36
• 4 質(zhì)點振速傳感器信號處理電路36-53
• 4.1 電路噪聲分析36-38
• 4.1.1 噪聲源36-37
• 4.1.2 基本噪聲模型37-38
• 4.2 信號轉(zhuǎn)換電路38-48
• 4.2.1 溫差測量方法38-39
• 4.2.2 信號轉(zhuǎn)換電路方案39-43
• 4.2.3 電橋結構的噪聲計算與仿真43-48
• 4.3 前置放大電路設計48-50
• 4.3.1 前置放大電路的設計原則48
• 4.3.2 前置放大電路設計48-50
• 4.4 電路的實現(xiàn)50-51
• 4.4.1 電路元器件的選擇50
• 4.4.2 電路的結構50-51
• 4.5 本章小結51-53
• 5 質(zhì)點振速傳感器測試方法與測量結果53-60
• 5.1 靈敏度測量方法53-58
• 5.1.1 駐波管法測量原理53-56
• 5.1.2 駐波管法測量裝置56-58
• 5.1.3 駐波管法驗證58
• 5.2 測量結果58-59
• 5.3 本章小結59-60
• 6 總結與展望60-62
• 6.1 總結60-61
• 6.2 展望61-62
• 參考文獻62-65
• 作者簡歷65

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3 徐亮;畢傳興;陳心昭;;加權范數(shù)外推方法在聲壓和質(zhì)點振速場外推中的性能研究[A];第十屆全國振動理論及應用學術會議論文集（2011）上冊[C];2011年

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本文編號：341283