新型MEMS冲击加速度计研究

发布时间：2025-02-11 12:05

　　 研究了一种新型微机电系统(MEMS)加速度计,利用双面四端固支的三维对称结构从根本上消除了横向干扰。基于工程力学原理建立了双面四端固支结构的解析模型,分析了该结构的灵敏度、频率响应、横向灵敏度等主要性能。通过有限元仿真,优化了敏感结构的尺寸。该敏感结构设计量程20×104gn,灵敏度大于0.8μV/gn/10VDC,横向灵敏度比小于1%,谐振频率大于613 k Hz,满足工程应用要求。提出了基于体硅MEMS技术的制作工艺方案。

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【部分图文】：

图1 双面固支结构示意

图1中的双面固支结构由固支框、质量块、四条背面梁和八条正面梁组成，力敏电阻对称分布于正面梁的上表面。敏感方向(Z轴)垂直于质量块正面，X轴和Y轴垂直于Z轴，由于三维完全对称，所以X轴和Y轴可以等效互换。正面梁的尺寸为:长l，宽wb，高hb。背面梁的尺寸为:宽wf，高hf。质量块长....

图2 有限元模型

用ANSYS建立有限元模型如图2。在固支框的4个侧面添加位移约束，将固支框4个侧面固定。敏感轴(Z轴)添加20×104gn惯性载荷，进行模态仿真。模态分析结果见表2。

图3 Z轴20×104gn载荷下的位移云图

对敏感结构进行静态分析，20×104gn惯性载荷下敏感结构的位移云图见图3。质量块的最大位移为0.14μm，最大应力为45MPa，最大应变为213×10-6，在硅的线性弹性应变范围内。敏感梁上表面中线上的正应力和剪切应力分布如图4。应力最大的区域在敏感梁的两端，最大应变为30.....

图4 Z轴20×104gn载荷下梁上应力分布曲线

敏感梁上表面中线上的正应力和剪切应力分布如图4。应力最大的区域在敏感梁的两端，最大应变为30.26MPa，假设力敏电阻长度为20μm，平均应力大小约为28MPa，满足压阻器件灵敏度和非线性的要求。敏感梁上的剪切应力比较均匀且较小，对性能的影响可以忽略。如图5,Y向20×104....

本文编号：4033240