MEMS双光纤位移声传感器设计与分析

提出了一种新型强度调制型光纤传感器的理论模型。该模型使用单模光纤,讨论了光在准直透镜中的传播规律,利用光学透镜的准直作用,即矩阵光学原理和高斯耦合理论实现光强调制。强度型光纤传感器采用微电机系统MEMS结构的压力振动膜片拾取振动位移,通过分析施加在膜片上压力的变化及膜片尺寸得到影响双光纤位移传感器灵敏度的相关参数。仿真结果表明:合理的选择参数可以使传感器的灵敏度在不增加结构复杂性的前提下较传统方法有103量级的提高。     

热电式MEMS微波功率传感器的优化设计

为了提高热电式微波功率传感器的传热效率,改善传感器的性能,对热电式微波功率传感器的衬底结构进行了优化设计,得到了最优的衬底结构尺寸。首先研究衬底厚度对热电式微波功率传感器的影响,然后根据得到的最优衬底厚度,研究基底膜位置及尺寸对热电式微波功率传感器性能的影响,最后对所得最优衬底结构传感器的微波特性以及电磁场分布进行研究。结果表明,当传感器衬底的结构尺寸最优时,传感器的最高温度达到352.76 K,S参数小于-20.62 dB。该结构不仅减少了热量在衬底的堆积,提高了负载电阻到热电堆的热传输效率,而且具有良好的微波特性。     

仿纤毛MEMS三轴振动传感器的设计

A biomimetic three-dimensional piezoresistive vibration sensor based on MEMS technology is reported.The mechanical properties of the sensor are analyzed and the static and dynamic characteristics of the sensor are simulated by ANSYS Workbench12.0.The structure was made by MEMS processes including lithography,ion implantation,PECVD,etching,etc.Finally,the sensor is tested by using a TV5220 sensor auto calibration system.The results show that the lowest sensitivity of the sensor is 394.7 V/g and can reach up to 460.2 V/g,and the dimension coupling is less than 0.6152%,and the working frequency range is 0–1000 Hz.     

基于MEMS的振动监测系统的设计

针对地质灾害发生时周围地质层都会受到不同程度的振动的特点,在当地质灾害发生时监测其振动情况,为了给人们争取逃生时间,在此基于MEMS加速度传感器和GPRS模块,采用MSP430单片机设计了一种小型、快速、低功耗的振动监测报警系统,给出了系统的基本结构和电路实现的解决方案。试验结果表明本系统灵敏、可靠。     

基于MEMS技术的微型电场传感器设计与仿真

报道了一种新型的基于MEMS技术的微型电场传感器。该传感器采用半导体微加工工艺制备 ,具有体积小、重量轻、功耗低等优点。阐述了传感器的工作原理 ,描述了设计方案 ,介绍了计算机模拟仿真结果     

基于MEMS的压阻式超声传感器的设计与测试

A kind of piezoresistive ultrasonic sensor based on MEMS is proposed,which is composed of a membrane and two side beams.A simplified mathematical model has been established to analyze the mechanical properties of the sensor.On the basis of the theoretical analysis,the structural size and layout location of the piezoresistors are determined by simulation analysis.The boron-implanted piezoresistors located on membrane and side beams form a Wheatstone bridge to detect acoustic signal.The membrane-beam microstructure is fabricated integrally by MEMS manufacturing technology.Finally,this paper presents the experimental characterization of the ultrasonic sensor,validating the theoretical model used and the simulated model.The sensitivity reaches -116.2 dB(0 dB reference = 1 V/μbar,31 kHz),resonant frequency is 39.6 kHz,direction angle is 55°.     

MEMS冷气推进器的制作及实验研究

介绍了一种两层结构的MEMS冷气微推进器的设计和制作。并从不同的膨胀比和喉部尺寸的角度,对微推进器的推力和比冲性能进行了实验测量。实验结果表明,所制作的微推进器可以达到的最大推力在3．3～4．9mN之间,比冲在51．0～66．3s。     

MEMS加速度传感器的原理及分析

主要介绍了五种目前常见的基于MEMS技术的加速度传感器,从物理结构的角度对这几种传感器的测量原理进行了分析,不但着重介绍了已经较为成熟且形成产业化的硅微电容式、压阻式、热电耦式加速度传感器,而且对目前较为前沿的光波导式加速度传感器也进行了一些分析和介绍。     

MEMS概况及发展趋势

主要介绍了MEMS的发展背景、研究内容、特点、现状和发展趋势。     

双通道MEMS微波功率传感器的悬臂梁设计

为实现热电式MEMS微波功率传感器与电容式MEMS微波功率传感器的兼容,得到一种性能优良的双通道MEMS微波功率传感器,需要对MEMS悬臂梁的匹配特性进行分析与设计。根据MEMS悬臂梁的一维集中参数模型,分析了MEMS悬臂梁的吸合电压,研究了MEMS悬臂梁的位移与电容的变化关系以及MEMS悬臂梁的谐振频率,得到了MEMS悬臂梁的匹配特性与MEMS悬臂梁高度的变化关系。实验结果表明,当MEMS悬臂梁的高度设计为10 μm时,MEMS悬臂梁的谐振频率为16.13 kHz,在8～12 GHz频率范围内,回波损耗均小于－19 dB。     

痕量爆炸物的化学、生物、MEMS传感器探测技术

利用爆炸物的化学或物理性质可实现多种爆炸物检测技术。现有的检测技术可分为两大类 :爆炸物的体探测技术与痕量爆炸物探测技术。重点介绍了三种痕量爆炸物探测技术 ,即生物传感器技术、化学传感器技术及MEMS传感器技术 ,并指出MEMS传感器技术具有其它技术无可比拟的价格低廉、体积小、携带方便等优点     

Diaphragm design guidelines and an optical pressure sensor based on MEMS technique

The design guidelines for micro diaphragm-type pressure sensors have been established by characterization of the relationships among diaphragm thickness, side length, sensitivity, and resonant frequency. According to the study, the thickness need to be thin and the side length need to be small in order to get the sensitive diaphragm with high resonant frequency. A Fabry-Perot based pressure sensor has been designed based on the guidelines, fabricated and characterized. In principle, the sensor is made according to Fabry-Perot interference, which is placed on a micro-machined rectangular silicon membrane as a pressure-sensitive element. A fiber-optic readout scheme has been used to monitor sensor membrane deflection. The experimental results show that the sensor has a very high sensitivity of 28.6 mV/Pa, resolution of 2.8 Pa, and up to 91 kHz dynamic response.     

一种高指向性MEMS声矢量传感器结构设计与分析

设计了一种高指向性微机电系统(MEMS)声矢量传感器,结构采用了硅-玻璃(SOG)工艺,增大流体间隙,减小振动阻尼,并利用ANSYS软件分析了流体间隙对指向性的影响,以验证结构的高指向性.结果表明,在流体间隙从5 μm增大到30 μm时,振动振幅增大30倍,相位差最高增大126°,当入射角度变化量为80°时,相位差变化量增大了40°,传感器指向性得到了显著提高.此种设计有助于促进声矢量传感器的发展.     

MEMS高精度电容读出电路的单芯片集成研究

MEMS电容式传感器的迅速发展为后续集成化读出电路的设计提出了巨大挑战.系统地分析了制约微传感器高精度电容读出电路设计的主要因素,回顾了目前主要的几种读出电路结构,阐述了这些电路的基本原理,并对影响电路分辨率的主要设计参数进行了分析和对比,最后探讨了电容式读出电路设计的发展趋势.     

基于MEMS技术的仿生纤毛风速传感器的设计和仿真

设计了一种可以实现二维风速测量的电容式纤毛传感器,其特点为通过差分电容检测流速,传感器运动结构所对应的背硅被完全刻蚀。采用有限元分析软件,通过流体-固体-静电场的多物理场仿真,分析得到了传感器的差分电容与风速的变化关系。结合电容传感器AD7746的理论精度,计算得出传感器的风速灵敏度为0.25mm/s。此外,设计了基于SOI硅片的传感器微加工制备的工艺流程。     

基于MEMS工艺的集成红外气体传感器工艺研究

研究了一种采用MEMS技术实现的含有红外发射源和探测单元的片上集成红外气体传感器芯片。通过理论分析证明了探测器和红外发射源可以集成在同一衬底上的可行性,采用正面刻蚀和背面ICP深刻蚀硅工艺实现红外发射元和探测单元的悬空热隔离结构,可以使红外发射源和探测器同时工作在较好的性能状态下。通过对红外气体传感器的红外发射源和探测单元的测试,表明两种单元均可以正常工作,验证了这种集成工艺的可行性。     

柔性MEMS流速传感器的制造及其电路设计

针对流速传感器大多存在测量量程小、柔性小而无法适应较大量程和复杂曲面的测量问题,提出了一种宽量程柔性MEMS流速传感器,结合热损失和热温差的工作原理实现对流速的测量.选取聚酰亚胺(PI)作为柔性衬底材料和铂(Pt)薄膜为热敏材料,采用金属牺牲层MEMS工艺制造了带空腔的柔性流速传感器芯片,尺寸为9 mm×7 mm×30μm.设计了采用双惠斯通电桥的恒温差测控电路.测量结果表明:制造的柔性MEMS流速传感器的TCR为0.2418％/℃,实验实现了0～36 m/s的输入风速测量,在低速、高速段内的灵敏度分别为2和0.295 mV/(m/s).同时,测量电路还展现出良好的温度补偿效应.所提出的柔性MEMS流速传感器具有宽量程、测试精度高、灵敏度高和易于实施温度补偿的优点,有望用于航空航天、国防等领域.     

GaAs MEMS微波功率传感器的设计与模拟

已有的微机械直接加热终端式微波功率传感器是基于CMOS工艺的,该结构基于GaAs MMIC工艺,它可以与GaAs如微波电路实现单片集成。它的基本工作原理是热电效应,制备中使用了GaAs体加工技术来减少热量损失,并用软件对其温度场和反射系数进行了模拟。该传感器用于X波段,它的输入功率是0到50mW,灵敏度为0.54V／W,输入端S11参数约为-15dB．     

电磁驱动推拉式射频MEMS开关的设计与制作

提出了一种新型电磁驱动推拉式射频MEMS开关。针对传统静电驱动单臂梁开关所需驱动电压大、恢复力不足等问题,设计了一种推拉式开关结构,降低了驱动电压(电流),提高了开关的隔离度,同时实现了单刀双掷的功能。单晶Si梁由于自身无应力,解决了悬臂梁残余应力引起的梁变形问题。通过理论计算和有限元分析,优化了开关设计尺寸,在外围永磁铁磁感应梯度dB/dz=100T/m,在线圈通入100mA电流的驱动下,单晶Si扭转梁末端可以获得约10μm的弯曲量,满足开关驱动要求。给出了开关的详细微细加工流程,对开关的传输参数进行了测试,在10GHz时隔离度为-40dB.     

一种X波段RF MEMS开关的设计与制作研究

设计并制作了一种X波段的电容式RF MEMS开关。该开关在共面波导上的悬空金属膜桥的支撑梁呈螺旋结构,其等效电感值高达134pH．有效降低了“关”态的谐振频率。结合开关的等效电路模型．使用Agilent ADS软件以及理论公式计算对该开关进行了设计和优化。与传统桥膜电容式开关相比,所介绍的开关”关”态隔离性能得到了很大提高。利用表面微机械工艺,在高阻硅衬底上制备了开关样品。X波段MEMS开关的在片测试结果表明：驱动电压为9V,“开”态的插入损耗约0．69dB@11．6GHz;“关”态的隔离度约27．7dB@11．6GHz。