热振子式双轴MEMS角速度陀螺敏感机理的研究

该文给出了一种热振子式双轴微机电系统(MEMS)角速度陀螺的敏感机理。在给出双轴敏感原理、热振子的振动模态和陀螺效应的基础上,对敏感结构内的温度场进行了计算。结果表明,开机1.8 s后在敏感结构内形成了一个稳定的温度场;当有角速度加载时,热振子随着输入角速度而移动,造成温度场偏移,两个正交Y(X)方向上对称设置的两热线温差ΔT_Y(ΔT_X)随着输入角速度a_x(a_y)的加大呈现线性增长,x、y轴平均温度灵敏度为121 mK/(°)/s;根据输入-输出ω_x-V_Yout和ω_y-V_Xout特性曲线得到数学模型,从而揭示了敏感机理,x、y轴平均灵敏度为0.091 mV/(°)/s,平均非线性度为1.86%,平均交叉耦合为2.3%。该文为优化结构奠定了实用理论基础。     

动热源摆式单轴MEMS热加速度计敏感机理的研究

该文揭示了一种动热源摆式单轴微机电系统(MEMS)热加速度计的敏感机理。在给出敏感结构原理的基础上,通过建立二维物理研究模型、划分网格、加载加速度等方法对敏感结构内的温度场进行了计算。结果表明,开机1.8 s后在敏感结构内形成了一个稳定的以动热源为中心的温度场;输入加速度a时,动热源沿着加速度方向偏移,温度场随之偏移,敏感轴方向上对称设置的两个热线温差ΔT_X随着输入加速度a的加大而呈线性增长,温度灵敏度为7.1×10^-2 mK/g。根据输入-输出(a-VXOUT)特性曲线给出数学模型,得到该加速度计灵敏度为0.5 V/g,非线性度为2.8%,从而揭示了敏感机理。     

独立敏感式MEMS热膨胀流陀螺的机理研究

提出了一种新型独立敏感式微机电系统(MEMS)热膨胀流陀螺并对其敏感机理进行了研究。通过COMSOL创建了该结构的三维模型,并使用有限元方法对其敏感结构的温度场进行了计算。结果表明,在加热器功率为50 mW,角速度为-10~10 rad/s时,该陀螺的温度灵敏度为0.224 K·(rad·s^-1)^-1,非线性度为2.37%,具有陀螺效应,且灵敏度为1.8 mV·(rad·s^-1)^-1,非线性度为2.06%。该陀螺具有灵敏度高及工艺简单等特点,为后续结构优化提供了理论依据。     

高灵敏度热膨胀陀螺敏感机理研究

该文提出了一种高灵敏度的热膨胀陀螺,并对其敏感机理进行了研究。通过COMSOL创建了该结构的二维模型,并对其进行了有限元分析。结果表明,输入功率为5 mW,输入角速度范围为-1 000～1 000 (°)/s时,提出的热膨胀陀螺温度灵敏度为2.12 mK·[(°)/s]^-1,具有陀螺效应,且热膨胀陀螺灵敏度为1.98 mV·[(°)/s]^-1,非线性度为7.64%。与之前的结构相比,陀螺灵敏度有提高。该高灵敏度热膨胀陀螺具有抗冲击能力强,制作成本低,工艺简单及可靠性高等优点,可用于航天、消费电子及军事等领域。     

单轴MEMS热膨胀流陀螺敏感机理三维有限元分析

该文提出了一种单轴微机电系统(MEMS)热膨胀流陀螺的基本结构,并揭示了其敏感机理。通过有限元法,利用COMSOL Multiphysics建立了陀螺的三维模型,在有无角速度时对陀螺敏感元件的温度场和等温线变化情况进行计算。结果表明,单轴MEMS热膨胀流陀螺具有陀螺效应,输入角速度为[-1 080 (°)/s, 1 080 (°)/s],陀螺的结构灵敏度为0.053 9 K/[(°)·s^-1],非线性度为14.13%。     

基于无掩膜光刻法的纸基微流控芯片制备与验证研究

为了开发新的纸芯片制备技术制作高精度的纸基微流控芯片,该文提出了一种基于无掩膜光刻技术的新制备方法。以疏水图案的表面接触角和液体在微流控通道内的流动情况为评价标准,研究了曝光、显影等关键工艺对疏水区域疏水强度以及液体流动情况的影响。研究结果表明,仅需2 s曝光时间制备的纸芯片疏水区域的接触角可达100.56°,亲疏水区域具有明显的区分,最小可实现的亲水通道和疏水屏障分别为(68±5)μm和(104±9)μm。将纸基芯片用于亚硝酸盐的检测,溶液浓度与显色区颜色强度之间呈良好的相关性,线性方程为Y=3.450X+34.83,r²=0.977 0。无掩模光刻法制备纸芯片无需制作掩膜版,减少了芯片制作的成本和时间,工艺简便,芯片精度高,为纸芯片制备和应用提供了有效手段。     

单轴MEMS热膨胀流陀螺灵敏度影响因素的探究

探究了腔室形状、工作气体参数及驱动信号的占空比、功率对单轴MEMS热膨胀流陀螺灵敏度的影响，通过设置最佳参数对陀螺性能进行优化。通过COMSOL软件建立了陀螺的三维模型，计算了敏感元件的温度场和等温线的变化情况。优化后的计算结果表明，输入角速度在[-1080(°)/s, 1080(°)/s]范围内时，使用体积更小的不完整下腔室，SF₆作为腔室的工作气体，在加热器频率为10 Hz、占空比为50%、功率为50 mW最优参数的条件下，热膨胀流陀螺的结构灵敏度为0.1229 K·s/(°),非线性度为8.26%。优化后热膨胀流陀螺的结构灵敏度提高了1.28倍，非线性度降低了41.5%。该数值分析结果为陀螺的工艺制备、性能分析奠定了基础。