新型MEMS压电矢量水听器

对一种具有U形槽或双U形槽结构的MEMS压电式矢量水听器进行了仿真分析与优化,采用微机械加工技术研制出水听器芯片,并对芯片进行了封装与性能测试。提出了理论灵敏度和能量综合分析的方法,在考虑杂散电容的情况下,对敏感结构进行了更加精确的优化。从实验结果可以看出,所提出的优化方法比仅考虑理论灵敏度的传统优化方法具有更高的准确度。此外,具有双U形槽结构的矢量水听器的灵敏度比传统的单臂悬臂梁结构的灵敏度高约5.9 dB,并且具有良好的指向性。     

微梁与基底间的毛细粘附作用

在表面微型机械结构的制造过程中,强的毛细相互作用常常使得组成这些结构的微桥、微梁与基底粘附而导致失效。而在微尺度实验中,微桥与微梁又是微尺度材料常数和性能检测的常用的试件样式,如果实验中加载端与被检测的微尺度试件发生毛细粘附,将直接影响检测数据的准确性。本文应用微悬臂梁试件,讨论微梁与基底间的毛细粘附作用,并通过能量原理计算其粘附力的大小和试件几何尺寸、粘附面距离、粘附液体特性之间的关系。最后应用微散斑干涉,检测粘附平衡态时微桥和微梁的粘附力以及由毛细粘附所导致的弯曲变形,并与理论计算结果进行比较。     

一种具有低振动灵敏度和宽动态范围的MEMS陀螺仪(英文)

为了进一步提高MEMS陀螺的动态范围和振动环境适应性,以加速其工程化应用步伐,研究了陀螺振动误差,提出了一种新型MEMS陀螺结构。MEMS陀螺仍然采用了音叉结构形式,同时采用了工字型框架和隔离结构,从而提高了陀螺结构的稳定性和抗振动性能,并降低了残余应力对陀螺影响。理论分析了驱动和检测模态频差对标度因数非线性的影响,并基于理论和实验分析了振动环境中的角振动对陀螺性能的影响。在此基础上,进行了陀螺的模态优化设计,以进一步减小了陀螺的振动灵敏度,并使其具有大动态范围。MEMS陀螺采用了SOI圆片制备,并采用了圆片级真空封装技术实现陀螺芯片的真空封装。MEMS陀螺芯片和ASIC芯片叠装在陶瓷管壳内,体积为11.4?11.4?3.8 mm3。实验结果表明,MEMS陀螺的测量范围为±7200 (°)/s,零偏稳定性为12.2 (°)/h(1σ)。随机振动环境下(7.6grms),该陀螺的振中零偏变化量小于10.0 (°)/h,振中的零偏稳定性小于24.0 (°)/h,是原陀螺的1/5。     

基于阵列MEMS磁传感器的测量与标定方法

针对MEMS磁传感器存在测量噪声大的问题,利用MEMS磁传感器体积小的特点,设计了阵列形式的MEMS磁传感器测量模块,减小了测量噪声对标定结果的影响。通过合理的硬件设计,实现同一时刻采集32个MEMS磁传感器信号。在硬件设计基础上,通过对阵列MEMS磁传感器建模与分析,设计了基于阵列MEMS磁传感器的标定方法。通过仿真及实物系统实验,验证了所提出方法的有效性。系统实验结果表明,采用阵列MEMS磁传感器标定结果的归一化模值标准差较单个磁传感器减小了70%。     

STABILITY ANALYSIS OF A CAPACITIVE FGM MICRO-BEAM USING MODIFIED COUPLE STRESS THEORY

Based on the Modified Couple Stress Theory,a functionally graded micro-beam under electrostatic forces is studied.The FGM micro-beam is made of two materials and material properties vary continuously along the beam thickness according to a power-law.Dynamic and static pull-in voltages are obtained and it is shown that the static and dynamic pull-in voltages for some materials cannot be obtained using classic theories and components of couple stress must be taken into account.In addition,it is shown that the values of pull-in voltages depend on the variation through the thickness of the volume fractions of the two constituents.     

基于数字式MEMS传感器的声阵列成像系统设计*

常规驻极体传声器阵列成像系统存在数据采集系统复杂、体积大的问题,因而阵列传感器数量一般不超过60个,成像质量较差。为此,本文以数字式MEMS声传感器基础设计了260个传感器的声阵列,数据采集系统由FPGA控制,并嵌入到前端阵列中,后端是在另一个FPGA控制下的1个DSP芯片和2个PC104模块组成的集成系统,其中高速DSP芯片完成阵列信号处理以实现声成像功能。该系统能够实现对普通车间环境下机械设备噪声、气体泄漏噪声的现场成像测试,形成动态声像图。测试表明,该系统抗干扰能力强、声像分辨率高、成像速度快,实用效果良好。     

基于自适应UKF算法的MEMS陀螺空中在线标定技术

为保证微型卫星定位应用中系统精度与稳定性,需要对姿态传感器进行实时在线标定.在无外界姿态参考时,提出一种用三轴磁强计测量值来实时估计MEMs陀螺的零漂误差的方法,采用UKF滤波算法,将陀螺漂移作为滤波状态向量,通过建立三轴磁强计测量微分方程,作为系统量测方程实现陀螺漂移的最优估计.针对磁强计测量信息易受干扰导致滤波量测模型不准确的问题,将自适应因子引入到UKF中,通过在线监控和调整测量误差,减少陀螺标定的估计误差,增强系统性能.实验结果表明,经过标定,MEMS陀螺精度提高约30%,并且在磁强计有外界干扰时,陀螺的标定结果收敛.将标定后的MEMS陀螺进行姿态解算,其动态误差小于2°.     

基于MEMS惯性技术的鞋式个人导航系统

研究了低精度鞋式个人惯性导航系统的导航修正算法.该系统由低精度MEMS惯性IMU单元组成,固联在步行者的鞋上.导航算法在传统捷联惯性导航算法基础上,引入了零速修正技术,根据人行走时脚部运动的加速度统计特性,设计了一种比力模值+滑动方差检测算法,用以检测行走过程中的静止时间段.然后通过设计的改良卡尔曼滤波器在静止时间段内滤波估计导航姿态、速度和位置的计算误差,通过反馈校正可以提高原系统的导航精度.最后通过两组MEMS实物实验验证了导航修正算法的有效性和可行性,并指出了进一步的研究方向.     

基于FPGA和DSP的微型惯导系统

 惯导系统的硬件组成直接影响到系统的体积和解算速度,构建合理的硬件系统直接关系到惯导系统的精度指标。针对某小型惯导系统对体积和解算精度的特殊要求,解决已有微型惯导系统的方案缺陷,提出一种工程实用强的惯导系统。该系统用FPGA作为采集控制惯性传感器的核心芯片,设计了并行采集方案,32位浮点型高速DSP实现惯导解算。经过转台测试与外场试验表明：系统具有抗干扰能力强、实时响应迅速、惯性单元标定简便、易实现等优点,系统指标完全满足原设计要求。     

基于热学理论的微型真空检测器件的研究

介绍了一种基于热学知识设计的表面薄膜微型MEMS皮拉尼计,并将其用于圆片级真空封装腔体的真空度测量中。为了设计灵敏度较高的皮拉尼计,对不同结构的皮拉尼计的热量分布进行了数值计算与分析,并最终完成了加工。此皮拉尼计的结构和加工工艺比较简单,能用于一般的MEMS真空封装中。实验结果显示该皮拉尼计可以测量1-10^5Pa的真...