本文關(guān)鍵詞：基于MEMS技術(shù)懸臂梁陣列式脈搏傳感器研究

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【摘要】：本文基于MEMS技術(shù)在100晶向雙面拋光高阻單晶硅片上設(shè)計(jì)、制作懸臂梁陣列式脈搏傳感器。該結(jié)構(gòu)由三個(gè)懸臂梁(B1、B2、B3)、懸臂梁頂端質(zhì)量塊(m1、m2、m3)和懸臂梁陣列根部十二個(gè)擴(kuò)散(R1~R12)電阻構(gòu)成,每四個(gè)擴(kuò)散電阻構(gòu)成一個(gè)惠斯通電橋,共三個(gè)惠斯通電橋�；趬鹤栊�(yīng)和彈性元件分析,當(dāng)外加力F≠0 N時(shí),懸臂梁發(fā)生彈性形變并引起擴(kuò)散電阻阻值發(fā)生改變,從而導(dǎo)致惠斯通電橋輸出電壓發(fā)生變化,實(shí)現(xiàn)對(duì)外加力的檢測。通過采用ANSYS軟件構(gòu)建傳感器結(jié)構(gòu)仿真模型,研究懸臂梁結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)特性的影響。在此基礎(chǔ)上,利用L-Edit集成電路版圖設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)傳感器芯片版圖,基于MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)懸臂梁陣列式脈搏傳感器芯片制作,并采用內(nèi)引線壓焊技術(shù)在印刷電路板上完成芯片封裝。本文采用掃描信號(hào)發(fā)生器(SINO CERA YE1311)、振動(dòng)臺(tái)(Molal Shaker JZK-2)、Agilent示波器、臺(tái)階儀(NanoMap 500LS)、數(shù)字萬用表(Agilent 34410A)、恒壓源(RIGOL DP832)、步進(jìn)電機(jī)升降臺(tái)(RKD507-A)、推力計(jì)等儀器研究脈搏傳感器動(dòng)態(tài)特性和力敏特性。在室溫條件下,實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出,當(dāng)工作電壓VDD=1.0V,擴(kuò)散電阻長寬比為80μm/20μm時(shí)懸臂梁陣列式脈搏傳感器三個(gè)懸臂梁的共振頻率分別為3.019 kHz、3.121 kHz、2.900 kHz;當(dāng)VDD=5.0 V,施加外力F=100 mg,懸臂梁陣列式脈搏傳感器滿量程輸出電壓分別為111.08 mV、116.2 mV、115.95mV,靈敏度約為0.54 mV/mg,線性度分別為4.28%F.S.、4.43%F.S.和4.80%F.S.,重復(fù)性分別為2.18%F.S.、1.52%F.S.和0.59%F.S.,遲滯性分別為2.39%F.S.、1.58%F.S.和0.97%F.S.,準(zhǔn)確度為5.90%F.S.、5.23%F.S.和4.98%F.S.。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)、制作的懸臂梁陣列式脈搏傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)脈搏力的檢測,該結(jié)構(gòu)具有較高靈敏度,通過懸臂梁結(jié)構(gòu)陣列化提高脈搏信號(hào)測量準(zhǔn)確度,為脈搏傳感器性能改善奠定重要基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：脈搏傳感器 懸臂梁陣列 MEMS技術(shù) 擴(kuò)散電阻
【學(xué)位授予單位】：黑龍江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-23
• 1.1 脈搏傳感器研究現(xiàn)狀8-21
• 1.1.1 脈搏傳感器國內(nèi)研究現(xiàn)狀8-13
• 1.1.2 脈搏傳感器國外研究13-21
• 1.2 懸臂梁陣列式脈搏傳感器研究目的和意義21-22
• 1.2.1 研究目的21
• 1.2.2 研究意義21-22
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容22-23
• 第2章 懸臂梁陣列式脈搏傳感器基本結(jié)構(gòu)與工作原理23-31
• 2.1 懸臂梁陣列式脈搏傳感器基本結(jié)構(gòu)23-24
• 2.2 懸臂梁陣列式脈搏傳感器工作原理24-30
• 2.2.1 彈性元件力學(xué)分析24-25
• 2.2.2 壓阻效應(yīng)25-27
• 2.2.3 懸臂梁陣列式脈搏傳感器工作原理27-30
• 2.3 本章小結(jié)30-31
• 第3章 懸臂梁陣列式脈搏傳感器仿真研究31-41
• 3.1 懸臂梁陣列式脈搏傳感器特性分析31-39
• 3.1.1 仿真模型構(gòu)建31-34
• 3.1.2 靜力特性分析34-37
• 3.1.3 模態(tài)分析37-39
• 3.1.4 諧響應(yīng)特性分析39
• 3.2 本章小結(jié)39-41
• 第4章 懸臂梁陣列式脈搏傳感器芯片設(shè)計(jì)、制作與封裝41-48
• 4.1 懸臂梁陣列式脈搏傳感器芯片設(shè)計(jì)41-42
• 4.2 懸臂梁陣列式脈搏傳感器芯片工藝制作42-44
• 4.3 懸臂梁陣列式脈搏傳感器芯片封裝44-47
• 4.3.1 硼硅玻璃片制作44-45
• 4.3.2 靜電鍵合45-46
• 4.3.3 芯片PCB封裝46-47
• 4.4 本章小結(jié)47-48
• 第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論48-67
• 5.1 懸臂梁力傳感器力敏特性分析48-51
• 5.2 懸臂梁陣列式脈搏傳感器的動(dòng)態(tài)特性51-53
• 5.3 懸臂梁陣列式脈搏傳感器力敏特性53-56
• 5.4 懸臂梁陣列式脈搏傳感器靜態(tài)特性56-62
• 5.4.1 線性度56-58
• 5.4.2 重復(fù)性58-59
• 5.4.3 遲滯性59-61
• 5.4.4 準(zhǔn)確度61
• 5.4.5 靈敏度61-62
• 5.5 懸臂梁陣列式脈搏傳感器信號(hào)放大電路62-66
• 5.5.1 放大電路概述62-64
• 5.5.2 放大電路測試64-66
• 5.6 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-68
• 參考文獻(xiàn)68-74
• 致謝74-75
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文75
• 攻讀學(xué)位期間科研項(xiàng)目75

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張東青,王元昔;新型自檢脈搏傳感器的研制[J];傳感器技術(shù);2001年05期

2 李震;一種脈搏傳感器的理論分析和測試[J];傳感器技術(shù);1989年06期

3 李俊國,馮月暉;壓電式加速度脈搏傳感器的研制[J];西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年01期

4 戴君偉;王博亮;;光電脈搏傳感器的研制和噪聲分析[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2006年02期

5 ;一種柔性多點(diǎn)脈搏傳感器裝置[J];傳感器世界;2013年05期

6 淮永進(jìn);韓鄭生;;中醫(yī)用高精度陣列脈搏傳感器的設(shè)計(jì)(英文)[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2008年04期

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本文編號(hào)：643227