静电刚度式谐振微加速度计的温度效应研究

发布时间：2021-09-17 03:37

　　谐振微加速度计是一种利用微梁谐振频率来敏感外界加速度的机械传感器,具有体积小、重量轻、功耗低、测量精度高、稳定性好、易批量生产及准数字信号输出等优点,在军事、航空航天及汽车电子等领域具有广泛的应用前景。相比其他谐振类微加速度计而言,静电刚度式谐振加速度计可通过改变偏置电压来调节微梁的谐振频率,从而实现对加速度计标度因子与灵敏度等关键性能指标的调节,因而具有较强的设计灵活性与较高的工艺鲁棒性。然而,作为机械传感器,此类加速度计也存在热稳定性问题,即性能随温度变化而保持恒定的能力。本学位论文对静电刚度式谐振微加速度计热稳定性问题进行了研究,主要研究工作和取得的成果如下:（1）在分析了静电刚度式谐振微加速度计振动梁结构特点的基础上,结合欧拉-伯努利梁理论与哈密顿原理,建立了微梁振动的机-电-热多场控制方程。运用拉氏变换推导了微梁的振型函数,该振型函数与基于传统模型推导得到的振型函数相比,考虑了轴向力及集中质量的作用,COMSOL Multiphysics仿真表明本文推导的振型函数更准确。分别基于集总参数法和伽辽金法,建立了微梁的两种解析宏模型,即集总参数模型和伽辽金法宏模型。（2）基于E.S... 

【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 谐振式微加速度计的国内外研究现状与分析
        1.2.1 谐振式微加速度计的研制现状
        1.2.2 MEMS器件温度效应的研究现状
        1.2.3 谐振类MEMS非线性动力学特性的研究现状
    1.3 本文的工作及内容安排
第2章 静电刚度式谐振微加速度计系统建模
    2.1 引言
    2.2 MEMS器件建模方法简介
        2.2.1 基于有限元法建模
        2.2.2 宏建模建立的方法
            2.2.2.1 宏模型建立的解析方法
            2.2.2.2 宏模型建立的数值方法
    2.3 加速度计解析宏模型的建立
        2.3.1 加速度计微梁控制方程的推导
        2.3.2 振型函数
        2.3.3 基于集总参数法建立微梁系统的宏模型
        2.3.4 基于伽辽金法建立微梁系统的宏模型
    2.4 本章小结
第3章 加速度计静态特性的温度效应
    3.1 引言
    3.2 静电刚度式谐振微加速度计的工作原理
        3.2.1 加速度计的基本结构
        3.2.2 加速度计的静电力
        3.2.3 加速度计的关键性能指标
    3.3 加速度计关键性能指标的温度效应
        3.3.1 微梁轴向热应力的理论计算
        3.3.2 微梁固有频率的温度效应
        3.3.3 加速度计标度因子的温度效应
    3.4 提高加速度计标度因子热稳定性的方案
    3.5 本章小结
第4章 加速度计非线性动力学特性的温度效应
    4.1 引言
    4.2 加速度计非线性受迫振动的温度效应
        4.2.1 求解过程
        4.2.2 求解结果分析
    4.3 加速度计非线性幅频特征的温度效应
        4.3.1 多尺度摄动分析
        4.3.2 幅频响应特征的温度效应
    4.4 本章小结
总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
    A.发表论文情况
    B.参加科研项目



本文编号：3397884