梳齿结构与振动梁复合的硅微谐振式加速度计非线性振动特性

发布时间：2024-12-20 22:48

　　 硅微谐振式加速度计的非线性振动可以导致振动幅度噪声耦合到频率输出进而恶化器件的噪声性能,因此有必要对谐振式加速度计的非线性振动特性进行评估及优化,拓展线性振动范围。本文针对所设计的基于梳齿结构与振动梁复合的硅微谐振式加速度计进行了仿真与实验分析。首先对加速度计结构使用COMSOL仿真软件进行了非线性仿真分析,该方法通过在谐振梁的振动方向上施加一个静力,得到力与位移之间的关系,计算出非线性三次项系数k_3,eff和线性系数k_eff的比值约为2.13×10¹⁰ m^-2。然后,对双端固支音叉（DETF）进行扫频测试,得出DETF的非线性振动频响曲线。根据Duffing方程对实验数据进行拟合,得出器件两个DETF的非线性三次项系数k_3,eff和线性系数k_eff的比值分别为2.24×10¹⁰ m^-2和2.19×10¹⁰ m^-2。仿真值与测试值的误差分别为5.2%和2.8%。实验结果...

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【部分图文】：

图1 双端固支音叉结构示意图

该SRA采用滑膜梳齿结构作为双端固支音叉(Double-endFixed-dutyTuningFork,DETF)的驱动电容。图1为DETF结构的示意图,其尺寸参数如表1所示。相比于传统的机翼型梳齿,这种结构有着更小的质量块,故而有着更大的标度因子和更高的谐振频率[11-1....

图2 谐振加速度计示意图

表1双端固支音叉尺寸参数Tab.1Dimensionalparametersofdouble-endfixed-dutytuningfork参数数值谐振梁长度L/μm600谐振梁宽度w/μm5.5结构厚度h/μm60梳齿宽度wc/μm5梳....

图4 COMSOL仿真流程

基于式(1),用施加静载荷的方法对谐振梁进行仿真分析。此方法通过施加静载荷于谐振梁的振动方向,可以快速有效地得出位移与静力的关系,从而得出keff和k3,eff的值。如上节所述对模态仿真分析后,改变DETF的边界条件,勾选软件中的非线性条件,计算位移与驱动力之间的关系。仿真分析....

图5 仿真结果中驱动力与位移的关系

图5为非线性仿真结果,从中可以得出驱动力与位移的关系。keff和k3,eff的仿真值分别是231.60N/m和4.94×1012N/m3,计算得出k3,eff和keff的比值为2.13×1010m-2。在工作模式处于线性振动时,驱动电容驱动梳齿,使谐振梁在谐振状态下工作....

本文编号：4017981