硅微諧振式加速度計的溫度特性研究.pdf

1、硅微諧振式加速度計(簡稱SRA)以其高精度、寬動態(tài)范圍、低功耗和小尺寸等特點,廣泛應用于軍事及民用等領域,成為MEMS慣性傳感器的研究熱點之一。為了進一步改善SRA的性能,本文主要從諧振梁的非線性振動和諧振頻率的溫度特性出發(fā),進行了以下研究:
　　 首先,對研制的SRA的工作機理展開了研究。研究了諧振器的工作原理,建立了一端固定一端彈性約束的諧振梁數學模型,推導了其振型方程和參數,確定了軸向力與諧振頻率的關系,通過仿真和樣機測試

2、初步驗證了諧振器的固有頻率。建立了微杠桿系統和支撐系統的數學模型,并對它們的放大系數和剛度進行了理論分析和有限元仿真驗證。闡述了硅微諧振式加速度計的主要性能指標。
　　 其次,開展了諧振器非線性振動的研究。利用諧波平衡法推導了工作模態(tài)下振幅與諧振頻率的關系,通過理論分析和仿真確定了諧振梁的三階彈性系數K3,fee,并確定了非線性系數。對諧振器的非線性振動進行了有限元仿真,研究了驅動電壓與振幅的關系,通過改變驅動電壓的方式進行了非

3、線性實驗。
　　 第三,開展了硅微諧振式加速度計溫度特性的研究。針對零偏和標度因數兩個指標,分別分析了楊氏模量和殘余應力的溫度效應對SRA性能參數的影響。通過仿真和實驗對SRA零偏和標度因數的溫度靈敏度進行了驗證。研究了在考慮加工誤差情況下溫度的影響,發(fā)現殘余應力是導致頻率溫漂的關鍵因素,并提出了抑制殘余應力的隔離梁的設計?？偨Y了國內外主要的溫度補償方法,提出了基于靜電剛度的溫度補償方案并對此方案進行了系統仿真。