本文關(guān)鍵詞：基于MEMS技術(shù)的質(zhì)點(diǎn)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(cè)量與質(zhì)點(diǎn)振速測(cè)量是聲學(xué)測(cè)量的兩種重要手段,相對(duì)于聲壓測(cè)量技術(shù)研究,質(zhì)點(diǎn)振速測(cè)量一直是該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)并制作一種基于MEMS納米線結(jié)構(gòu)的質(zhì)點(diǎn)振速傳感器,具有“8”字形指向性,可以廣泛應(yīng)用于噪聲振動(dòng)檢測(cè)、材料檢測(cè)、聲源定位、水聲測(cè)量。在MEMS質(zhì)點(diǎn)振速傳感器的設(shè)計(jì)上,提出了一種“體硅聲腔---雙納米線”的傳感器微結(jié)構(gòu),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(zhǎng)度1毫米、厚度450納米、寬度5微米。該傳感器設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于:(1)工藝簡(jiǎn)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(yīng)力小。建立了質(zhì)點(diǎn)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(duì)靈敏度的影響,確定了納米線尺寸;(2)通過(guò)數(shù)值計(jì)算分析了質(zhì)點(diǎn)振速傳感器頻率特性。(3)通過(guò)測(cè)試納米線的電學(xué)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(diǎn)振速傳感器。采用腐蝕工藝形成體硅聲腔,通過(guò)腐蝕與剝離(lift-off)工藝制成納米線結(jié)構(gòu)。對(duì)關(guān)鍵工藝---腐蝕與剝離的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,并分析了剝離工藝的影響因素�？偨Y(jié)得到了一套適合該傳感器加工的工藝參數(shù)。設(shè)計(jì)了MEMS質(zhì)點(diǎn)振速傳感器的信號(hào)處理電路,包括R-V轉(zhuǎn)換、頻率補(bǔ)償、前置放大三個(gè)部分。電路噪聲是實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理部分需要考慮的關(guān)鍵。在R-V轉(zhuǎn)換部分,本文對(duì)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(jìn)行了比較分析。由于具有可控性強(qiáng)、信噪比高的優(yōu)點(diǎn),優(yōu)選鏡像電流電橋作為R-V轉(zhuǎn)換的最終方案。對(duì)質(zhì)點(diǎn)振速傳感器的一階頻率特性通過(guò)RC進(jìn)行補(bǔ)償,使頻率大于1k Hz時(shí),增益提高6dB/oct。在前置放大部分,通過(guò)設(shè)計(jì)降低偏置電路的噪聲,實(shí)現(xiàn)了低噪聲前置放大電路。測(cè)試表明,等效輸入噪聲達(dá)到5nV/√Hz以下,能夠滿足傳感器的要求。本文對(duì)設(shè)計(jì)的MEMS質(zhì)點(diǎn)振速傳感器進(jìn)行了輸出測(cè)試。(1)將駐波管方法應(yīng)用到質(zhì)點(diǎn)振速傳感器的靈敏度測(cè)量,給出了測(cè)量原理并搭建了測(cè)試平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了聲波頻率100Hz~3kHz范圍內(nèi)傳感器靈敏度的測(cè)量。(2)測(cè)量結(jié)果表明,MEMS質(zhì)點(diǎn)振速傳感器的靈敏度可達(dá)到4.9m V/m·s~(-1)@250Hz。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)點(diǎn)振速 MEMS技術(shù) 惠斯通電橋 靈敏度
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(diǎn)振速傳感器的設(shè)計(jì)17-28
• 2.1 質(zhì)點(diǎn)振速傳感器的原理17-21
• 2.1.1 微流量測(cè)量原理17-20
• 2.1.2 質(zhì)點(diǎn)振速的測(cè)量原理20-21
• 2.2 質(zhì)點(diǎn)振速傳感器的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21-23
• 2.3 質(zhì)點(diǎn)振速傳感器的工作參數(shù)設(shè)計(jì)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(diǎn)振速傳感器的頻率特性26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 3 MEMS芯片的加工工藝28-36
• 3.1 MEMS技術(shù)28-29
• 3.1.1 表面微機(jī)械加工技術(shù)28
• 3.1.2 體硅微制造技術(shù)28-29
• 3.1.3 LIGA技術(shù)29
• 3.2 MEMS制作工藝流程29-30
• 3.3 關(guān)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(jié)35-36
• 4 質(zhì)點(diǎn)振速傳感器信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換電路38-48
• 4.2.1 溫差測(cè)量方法38-39
• 4.2.2 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路方案39-43
• 4.2.3 電橋結(jié)構(gòu)的噪聲計(jì)算與仿真43-48
• 4.3 前置放大電路設(shè)計(jì)48-50
• 4.3.1 前置放大電路的設(shè)計(jì)原則48
• 4.3.2 前置放大電路設(shè)計(jì)48-50
• 4.4 電路的實(shí)現(xiàn)50-51
• 4.4.1 電路元器件的選擇50
• 4.4.2 電路的結(jié)構(gòu)50-51
• 4.5 本章小結(jié)51-53
• 5 質(zhì)點(diǎn)振速傳感器測(cè)試方法與測(cè)量結(jié)果53-60
• 5.1 靈敏度測(cè)量方法53-58
• 5.1.1 駐波管法測(cè)量原理53-56
• 5.1.2 駐波管法測(cè)量裝置56-58
• 5.1.3 駐波管法驗(yàn)證58
• 5.2 測(cè)量結(jié)果58-59
• 5.3 本章小結(jié)59-60
• 6 總結(jié)與展望60-62
• 6.1 總結(jié)60-61
• 6.2 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 作者簡(jiǎn)歷65

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

本文編號(hào)：341283