【摘 要】
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MEMS微热对流式惯性传感器是一种利用密闭空腔内的热气团代替质量块的新型传感器,因其具有体积小、质量轻、成本低、结构简单、集成度高、抗过载能力强等优点,普遍应用于军事、航空航天等高科技领域与手机、平板、汽车等生活领域,应用前景广泛,具备一定的研究价值。本文首先介绍了MEMS的发展历程,并列举了国内外在MEMS热对流惯性传感器方向上的研究现状。其次,为进一步提高MEMS热对流惯性传感器的设计精度与灵
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MEMS微热对流式惯性传感器是一种利用密闭空腔内的热气团代替质量块的新型传感器,因其具有体积小、质量轻、成本低、结构简单、集成度高、抗过载能力强等优点,普遍应用于军事、航空航天等高科技领域与手机、平板、汽车等生活领域,应用前景广泛,具备一定的研究价值。本文首先介绍了MEMS的发展历程,并列举了国内外在MEMS热对流惯性传感器方向上的研究现状。其次,为进一步提高MEMS热对流惯性传感器的设计精度与灵敏度,本文分别以MEMS热对流式加速度传感器与MEMS热对流式陀螺仪为研究载体,讨论了腔室的最佳尺寸、PN结的形状与最佳放置位置在MEMS热对流式加速度传感器下的设计,仿真得到腔室最优直径,PN结放置的最优位置等尺寸参数,选用U型梁代替两端固定梁会提高传感器性能;讨论了不同悬臂梁结构尺寸在MEMS热对流式陀螺仪的设计,仿真引入性能因数以对比在加热器相同功耗下,灵敏度的不同,仿真实验得到悬臂梁结构的优化设计尺寸参数,以达到提高灵敏度的效果。使用微细加工技术制备出两类传感器芯片,其中包括P型与N型掺杂以制备PN结的工艺,并对传感器进行了封装测试。对加速度计而言:测试结果得到在加热器工作温度为200℃时,MEMS热对流式加速度传感器的灵敏度为8m V/g,曲线的非线性度为0.23%;对陀螺仪而言:在给定三组对照实验的加热器、热敏电阻以相同的工作电压7V、2V时,测得三组陀螺仪X方向上的灵敏度分别为为1.9μV/rad/s、0.4μV/rad/s、1.1μV/rad/s,因此得到对于微、纳米级热对流式惯性传感器,其热敏电阻对悬臂梁的传热部分不能忽略,可通过优化悬臂梁的结构尺寸进而提高传感器的灵敏度的结论。
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