硅微振梁式加速度计抗温漂的微结构及工艺设计

针对硅微振梁式加速度计输出频率随环境温度漂移的问题,提出了抗温漂的硅微结构设计方法及相关工艺,降低了环境温度对输出的影响,在室温条件即可达到一定精度。通过建立"硅-玻璃"和"玻璃-陶瓷"耦合模型,分析了造成硅微振梁式加速度计温度漂移的原因。然后提出了"抗温漂耦合设计"的微结构和"半粘结封装"的封装工艺,降低了耦合模型中的理论温漂。利用加工出的原理样机进行实验,结果显示,采用抗温漂结构设计及封装工艺的原理样机,输出频率的温漂系数为-3.5×10-6/℃,室温下零偏稳定性为72.0μg。实验验证了抗温漂理论的可行性,可以满足室温下高精度硅微振梁式加速度计的设计要求。     

低g值MEMS惯性开关的设计与工艺优化

针对既有硅基低g值MEMS惯性开关的加工工艺复杂、加工周期长以及成品率低的问题,提出改进的结构设计和工艺方案。设计以圆形质量块+圆形螺旋梁为基础的敏感结构,以避免原结构因应力集中导致的螺旋梁断裂现象;提出玻璃-SOI-玻璃三层直接键合工艺技术,改变金属电极间绝缘设计方法,调整开关行程的加工方式,从而减少大量加工工序,降低了工艺难度。形成了一种可靠、简单的低g值开关的统一化加工方案。流片结果表明,新研制的MEMS开关的加工周期缩短为原来的1/3,加工成品率提高为原来的4倍。测试结果表明,开关阈值为5.6g,符合设计要求的5.5g±1g。     

硅微机械陀螺仪的机电接口模型分析

建立了某种硅微机械陀螺仪的电路模型,分析了寄生电容对接口电路的影响.结果表明,合理的接口电路不仅消除了大部分的寄生电容的影响,而且减小了信号的衰减幅度,抑制了大部分的耦合信号和噪声信号.最后对接口电路进行了改进,除了保留以上的一些优点外,还减小了载波信号的变化和电源变化对电容分辨率的影响,提高了整个电路的分辨率.     

Z轴硅微机械陀螺仪的机电接口模型分析

为提高z轴硅微机械陀螺仪信噪比，分析了陀螺仪机电接口中的电容和电阻。文中以z轴硅微机械陀螺仪的理论模型为对象，建立了陀螺仪机电接口模型，分析了模型中寄生电容和电阻对有用信号和噪声的影响。分析结果表明：寄生电容会削弱有用信号，且布线与活动结构间的电容对输出有很大的影响，而寄生电阻会产生噪声。最后，提出了采用新工艺和合理的布线方法以减小寄生电容和电阻，从而提高信噪比。     

三明治结构微机械静电伺服加速度计稳定性研究

对影响微加速度计稳定性的主要因素（外置偏压和横向加速度干扰）进行了详细分析，给出了最小临界偏压和最大可随横向加速度的计算公式，提出一种具有良好稳定性的四梁中心悬臂式结构。根据Matlab仿真结果，在大量程微加速度计典型结构参数下，惯性敏感单元可承受的最大横向加速度达2000g以上，远远满足实际需求。     

Optimal Plastic Design of Shallow Curved Beams with Step-wise Varying Cross Sections*

The problem of designing minimum weight thin curved beams with piece-wise constant thickness is studied. The material of the beam is assumed to be rigid-plastic that obeys the yield condition and associated flow law. The influence of geometric changes that occur in the post-yield stage are taken into account. The weight minimization is performed under conditions where the maximum deflection of the beam coincides with the deflection of a reference beam of constant thickness. Necessary optimality conditions are derived with the aid of variational methods from optimal control theory. Numerical results are presented for shallow circular beams with two, three, and four steps in thickness.     

含双裂纹圆截面悬臂梁的损伤识别研究

裂纹的萌生和扩展直接影响构件的振动响应,对构件的安全可靠性具有重要影响.本文以圆截面悬臂梁为对象,结合转角模态振型和模态频率等高线,研究了一种双裂纹识别技术.首先,基于应力强度因子和卡氏定理推导了无裂纹梁单元和含裂纹梁单元的刚度矩阵;在此基础上,建立了含裂纹圆截面悬臂梁的有限元动力学方程;然后,结合裂纹对梁转角模态振型和模态频率的影响,提出了双裂纹识别策略.最后,通过算例讨论了双裂纹识别策略的可行性.结果表明,圆截面悬臂梁的模态转角在裂纹位置出现突变,裂纹深度越大转角突变值越大;将识别出的裂纹位置作为已知参数,通过模态频率等高线法,可以准确地识别出双裂纹的深度.     

基于Model 1221的小型加速度测量系统

采用微机械传感器Model1221,通过扩展外部储存器SD卡,设计并制作了由2块直径2.3cm的电路板构成、基于LPC2132微处理器的小型加速度测量系统,并结合该系统的RS232在PC机上设计了对测量数据读取、存储和去噪的分析处理软件。为了准确掌握系统静态和动态性能,分别开展了向心加速度静态标定和冲击加速度动态对比测试,结果表明该系统在测量范围((-50～50)g)和频响范围(0～2kHz)内性能较好,同时可进行长时间存储,具有一定的应用前景。     

Analysis of Beams with Piezoelectric Actuators

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＤｕｅｔｏｔｈｅｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｓｍａｒｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ,ｉｔｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｐｒｏｂｅｉｎｔｏｔｈｅｉｒｍｅｃｈａｎｉｓｍａｓａｃｔｕａｔｏｒｓａｎｄｓｅｎｓｏｒｓ[1].Ｏｎｅｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｔｕｄｉｅｓｉｎｖｏｌｖｉｎｇｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｃｔｕａｔｏｒｓｗｈｉｃｈａｒｅｓｕｒｆａ…     

平动弹性梁的刚-柔耦合动力学

本文建立了作大范围平动弹性梁的刚-柔耦合动力学控制方程。分析了大范围平动对弹性梁变形运动动力学性质的影响，发现了大范围平动与变形运动之间的耦合动力学与大范围转动与变形运动之间的耦合动力学存在显著的差异。大范围平动使弹性梁的刚度降低，同时使系统阻尼增加；而大范围转动使弹性梁的刚度增加，同时使系统产生了能量转换的陀螺效应。因此，柔性多体系统刚-柔耦合动力建模中必须包括大范围平动与柔性体变形运动之间的耦合动力学效应。     

轴压下各向异性开口薄壁杆的非线性共振

本文推导了轴压下各向异性薄壁直杆的非线性动力学方程组.在推导中计及了杆壁中面的剪切变形,以及开口薄壁杆中剪应力沿厚度变化而造成的Saint-Venant扭矩,但略去了杆壁的弯曲.从这一方程组出发,用渐近方法计算了简谐变化轴向压力作用下薄壁杆共振时幅频曲线,且对各种影响因素,包括Saint-Venant扭矩的影响,作了分析.     

多点导通爆炸逻辑网络闭合开关研制

应用爆炸逻辑网络知识,依据金属射流击穿绝缘薄膜导通放电原理,研制了一种多点导通爆炸逻辑网络闭合开关。在小型脉冲功率发生器上的短路实验及同步性测量结果表明,该开关电感小于5nH,能够承受80kV以上的高电压和兆安级以上的大电流,同步性为55ns,其形状为平板状,便于与平行板状传输线连接。并与单点导通的雷管爆炸闭合开关作了比较,结果表明,多点导通爆炸逻辑网络闭合开关的电感低于单点导通的雷管爆炸闭合开关。上述结果进一步说明,多点导通爆炸逻辑网络闭合开关具有低电感、耐高电压大电流以及便于与平行板传输线连接的特点,在要求回路电感非常小、使用单开关的脉冲功率发生器中具有非常好的应用前景。