一种MEMS加速度计的动力学特性测试研究

发布时间：2020-12-13 15:14

　　研究MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）器件的动力学特性对促进MEMS的产业化发展有重要的意义。本课题采用实验物理学的方法,设计和制作了一种电容式MEMS加速度计,搭建了 MEMS加速度计测试平台,分别使用电测法和光测法对该MEMS加速度计的动力学特性进行了测试研究。该研究成果将会对研究MEMS器件的设计、加工制作及其动态特性的测试方法起到一定的推动作用。论文的工作从以下四个方面展开:首先设计了 "双端四梁"结构的电容式MEMS加速度计,使用牛顿力学建立了该MEMS加速度计的模型并分析了其刚度、阻尼、固有频率等参数,并在ABaqus有限元分析软件中进行了相关参数的仿真验证。然后采用光刻、显影、剥离、磁控溅射、干法刻蚀等微纳加工技术,完成加速度计微结构加工制造;并完成了器件的测试准备工作。其次搭建了 MEMS加速度计动态特性测试平台,该平台可以维持、调节并显示器件所处环境的温度和气压,是研究外界环境变化对MEMS加速度计动力学特性影响的实验台。最后将制作的MEMS加速度计放置于动态特性测试平台内,采用压电片对加速度计进行激振,调节器件所处环境的温度和... 

【文章来源】：北方工业大学北京市

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景简介
    1.2 MEMS加速度计发展和应用现状
    1.3 国内外MEMS动力学特性测试的研究现状
    1.4 论文的研究内容和意义
第二章 MEMS加速度计的设计及其性能参数的计算、仿真
    2.1 加速度计振动分析
    2.2 加速度计刚度、固有频率分析
    2.3 加速度计阻尼分析
    2.4 加速度计有限元仿真分析
    2.5 本章小结
第三章 MEMS加速度计的制作工艺研究
    3.1 MEMS加速度计的结构和版图设计
        3.1.1 MEMS加速度计的结构设计
        3.1.2 MEMS加速度计的版图设计
    3.2 MEMS加速度计的工艺流程设计
    3.3 MEMS加速度计的制作工艺
        3.3.1 硅片的准备
        3.3.2 上电极Cu的制作
        3.3.3 刻蚀
        3.3.4 下电极W的制作
        3.3.5 键合
        3.3.6 焊接引线
    3.4 本章小结
第四章 MEMS加速度计动力学特性测试平台的搭建
    4.1 测试平台的搭建
        4.1.1 测试平台的设计标准
        4.1.2 测试平台的搭建
    4.2 本章小结
第五章 MEMS加速度计的动力学特性测试分析
    5.1 测试原理及方法
    5.2 电测法测试
    5.3 激光多普勒测试分析
        5.3.1 常温常压下加速度计的动力学特性测试分析
        5.3.2 变气压下加速度计的动力学特性测试分析
        5.3.3 变温度下加速度计的动力学特性测试分析
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
参考文献
申请学位期间的研究成果及发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]全差分三轴MEMS电容加速度计的设计[J]. 张程浩,狄杰建,刘昊,陈若愚,谭培培.  仪表技术与传感器. 2017(03)
[2]基于单一敏感质量的三轴电容加速度计的设计[J]. 陈立国,袁飞,陈涛,孙立宁.  振动.测试与诊断. 2015(05)
[3]孔缝双桥结构高性能压阻式加速度传感器[J]. 赵玉龙,刘岩,孙禄,蒋庄德.  机械工程学报. 2013(06)
[4]MEMS高g加速度传感器固有频率的优化及验证[J]. 李平,石云波,朱正强,杜康,刘俊.  传感技术学报. 2010(03)
[5]利用多普勒原理测量微机电系统中微结构的动态特性[J]. 白金鹏,史铁林,刘胜,谢勇君.  航空制造技术. 2008(17)
[6]基于Verilog-A的电容式MEMS加速度计模型[J]. 赵楷,熊斌,车录锋.  传感技术学报. 2008(06)
[7]基于AD7745的微电容加速度计测量电路设计与实现[J]. 何维玮,赵新,李毅堂,卢桂章.  传感技术学报. 2008(03)
[8]MEMS器件平板运动空气阻尼研究[J]. 朱应敏,贾建援,樊康旗.  电子科技大学学报. 2007(05)
[9]三梁-质量块敏感结构高性能压阻式碰撞加速度计[J]. 董培涛,周伟,李昕欣,张屯国,王跃林,封松林,李圣怡.  传感技术学报. 2007(08)
[10]一种MEMS微结构谐振频率的测试技术[J]. 王晓东,王涛,李楠,刘梦伟,崔岩,王立鼎.  传感技术学报. 2006(05)

博士论文
[1]微机械电容式传感器及其相关特性研究[D]. 董林玺.浙江大学 2004



本文编号：2914750