体声波力传感器灵敏度的微分-综合分析法 |
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引用本文: | 高杨,赵坤丽,赵俊武.体声波力传感器灵敏度的微分-综合分析法[J].强激光与粒子束,2016(6):6-12. |
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作者姓名: | 高杨 赵坤丽 赵俊武 |
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作者单位: | 中国工程物理研究院电子工程研究所;西南科技大学信息工程学院;重庆大学新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室 |
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基金项目: | 国家自然科学基金项目(61574131);中国工程物理研究院超精密加工技术重点实验室基金项目(2014ZA001);西南科技大学特殊环境机器人技术四川省重点实验室开放基金项目(14zxtk01);重庆大学新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室访问学者基金项目(2013MS04) |
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摘 要: | 为了分析基于应力/应变效应的体声波(BAW)力传感器的敏感机理、准确计算其灵敏度,提出了一种用于BAW力传感器灵敏度分析的微分-综合分析法。该方法借鉴了微积分的原理,在Mason等效电路模型中将一个完整的BAW谐振器替换为多个谐振器微元的并联,从而将谐振器有源区面积A上应力/应变场的有限元计算结果与压电薄膜材料的力学特性、谐振器微元的电声学特性关联起来;最后,在射频电路仿真软件中进行等效电路的综合,得到整个BAW谐振器在应力/应变场作用下的阻抗特性曲线及其串/并联谐振频率。当BAW谐振器微元的划分足够细密时,获得的灵敏度分析结果将足够精确。为了论证该方法的原理,给出了一个直观的校核案例。以一个嵌入式FBAR结构的四梁BAW加速度计表头为例,介绍了该方法用于BAW力传感器灵敏度分析的详细过程。虽然案例中只讨论了一种应力/应变型BAW力传感器的单一力敏机理,但该方法具有普适性。并且,当谐振器微元小到接近其压电材料晶格的尺度时,就能与压电薄膜的力-声-电特性的第一性原理计算结果关联起来,实现从微观材料特性到介观器件物理的多尺度计算。
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关 键 词: | 体声波 谐振器 力传感器 灵敏度 有限元 等效电路 |
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