一、一种新型微机械硅弹簧的设计与制作(论文文献综述)
王光辉[1](2021)在《基于新型触发装置和跌倒预警算法的髋部自动防护系统研究》文中指出穿戴式髋部自动防护系统在老年人跌倒时可以对髋关节进行有效的防护,国内外对此都有研究,但同类产品需使用专制气瓶而且更换新气瓶需要返厂,跌倒预警算法复杂,难以应用到嵌入式平台。为解决上述缺点,中国科学院深圳先进技术研究院前期设计了基于标准气瓶和标准螺纹接口的机械式触发的自动防护系统,但气囊仍存在因单一气瓶导致的防护区域小,跌倒预警算法准确率低、误报率高等不足。为解决上述问题,现设计出一套基于新型触发装置和跌倒预警算法的髋部自动防护系统。人体跌倒从步态失稳到身体接触地面的跌倒有效干预时间平均为514.5ms,因此跌倒预警算法成功预警到跌倒的时间、触发装置对压缩气瓶放气的时间总和不能超过514.5ms,为了增大防护面积,则需更多的压缩气体。因此可通过缩短跌倒预警算法的预警时间和释放压缩气体的时间,及释放更多压缩气体,使该防护系统在老年人跌倒时发挥更重要的作用。一方面,设计的新型微机械双向触发装置相对于单气瓶触发装置,可以同步刺破两个8克二氧化碳压缩气瓶,在增加释放压缩气体的量的同时不增加放气时间,该触发装置其响应时间为103.45ms,执行时间为185.65ms,放气总时间为289.10ms,使囊体对髋部的防护范围更大。另一方面,设计基于统计方法的跌倒预警算法,预警时间短,误报率低、准确率高。通过对人体运动数据的实时分析,先依据实时合加速度筛选出类跌倒动作,再根据实时姿态角对类跌倒动作中的真实跌倒动作预警,该跌倒预警算法预警时间平均为142ms,跌倒预警前置时间为372.5ms,可以为新型微机械双向触发装置留出充足时间对气瓶放气,且该算法对日常动作的检测准确率为96.09%,对跌倒动作的预警准确率为96.67%。该系统采用物理机械方式触发,相比化学爆破或热熔方式,具有成本低、耗材可自行安全方便更换等特点;采用基于统计方法的跌倒预警算法准确率高、误报率低,且该系统对跌倒动作的干预时间平均为431.1ms,可以在人体倒跌前对髋部提供有效防护。老年人佩戴后,先进行30s的姿态校准,等姿态校准结束后,即可以自由活动,传感器实时收集人体运动信息,可识别8种日常动作和3种跌倒动作,当跌倒预警子系统预警到跌倒将要发生时,向人体防护安全气囊子系统发送PWM脉宽信号,使电动舵机转动,带动微机械双向触发装置释放16克二氧化碳压缩气体,使压缩气体极速充入可折叠一体化仿生囊体中,气囊在人体接触地面前展开,形成一个厚度为65mm,面积为0.23m2的缓冲垫,对人体提供有效的防护;同时Wi Fi或者基站进行室内定位,GPS/北斗等进行室外定位,将佩戴者发生跌倒的位置、时间等信息通过GPRS远程通讯发送给监护人。新一代穿戴式髋部自动防护系统在中国国际高新技术成果交易会、中国国际进口博览会展示,得到广泛好评。
樊波[2](2020)在《MEMS类蛛网状盘式谐振陀螺结构设计研究》文中研究说明MEMS振动陀螺是基于科式效应和微机械加工工艺的角速度传感器。因其体积、功耗和成本方面具有无可比拟的优势,广泛应用在消费电子、汽车安全和工业自动化等领域。然而目前MEMS振动陀螺的精度受自身尺寸约束和加工工艺等问题限制,难以满足高端应用市场需求,因此实现高精度MEMS振动陀螺是最主要的研究课题之一。模态简并和高品质因数是实现高精度MEMS振动陀螺主要途径。其中盘式谐振陀螺是目前最具精度潜力的MEMS模态简并陀螺之一,然而制造过程中较大的相对工艺公差会引入频率裂解和阻尼非对称等结构误差,导致其灵敏度降低和零偏性能恶化。此外,部分能量损耗机制限制了高品质因数的实现。因此为了最大程度解决上述问题,本文以盘式谐振陀螺结构为参考,在陀螺动力学分析的基础上,充分利用微尺度下的物理特性,从结构对称性和能量损耗机制角度深入探究了高度对称高精度MEMS陀螺结构的设计方法。主要的研究内容和创新点如下:1、MEMS类蛛网状盘式谐振陀螺的频率对称性研究。基于MEMS盘式谐振陀螺的频率裂解理论模型,确定频率对称性的影响因素。经探讨MEMS工艺的发展起源和掩模工艺特点,首次提出了线形结构工艺公差小于弧形结构的设想。基于设想,设计了全线形结构的类蛛网状盘式谐振陀螺(CDRG),且在同片晶圆上并排加工了频率相近的圆环状盘式谐振陀螺(RDRG)用以对比研究。最后结合理论、仿真和实验结果对比验证了这个设想。实验数据表明CDRGs最小制造相对频率裂解仅为29.9ppm,均值为79.1ppm,不足RDRGs的1/7,是迄今文献报道的MEMS轴对称陀螺中制造相对频率裂解均值和波动范围最小的一类陀螺结构。其优秀的频率对称性可实现低压模态匹配,降低了ASIC测控电路集成难度。2、MEMS类蛛网状盘式谐振陀螺的能量损耗机制和阻尼非对称性研究。针对存在部分能量损耗机制限制品质因数提升这一问题,全面建立类蛛网状盘式谐振陀螺的各个能量损耗机制理论模型。首先基于修正连续流体模型和能量传递模型推导了陀螺的气体阻尼解析模型;并依据Zener解析模型和COMSOL有限元模型分别估算了热弹性阻尼,继而利用完美匹配层法求解锚点阻尼,最后对品质因数进行测试验证。能量传递模型对应的总能量损耗机制理论模型估计值与实验结果非常吻合,品质因数温度系数误差不超过2%。此外,首次提出了晶向误差模型和环宽非均匀等效误差模型对阻尼非对称误差机理进行了分析,与实验结果部分符合。3、MEMS类蛛网状盘式谐振陀螺结构特性分析及性能测试以实现高性能陀螺结构的角度出发,通过模态叠加法和过载应力法分析MEMS类蛛网状盘式谐振陀螺的动力学特性和抗冲击能力,采用参数法确定谐振器结构尺寸,推导了电容换能器的静电激励和电容检测数学模型。并对结构非线性特性展开了研究,发现设计的电容换能器在谐振器的振幅放大效应下可有效降低了非线性效应。最后对比测试了CDRG和RDRG的性能。在力再平衡模式下,CDRG锁定最大位移时最佳性能:标度因子、零偏不稳定性和角度随机游走分别为98.1 m V/(°/s)、0.004°/√h和0.187°/h。与RDRG相比,其性能指标分别提高了112%、700%和314%。这些均表明MEMS类蛛网状盘式谐振陀螺具有实现高精度陀螺巨大潜力。
王子[3](2020)在《抗过载双质量块微机械陀螺结构设计与分析》文中提出微机械陀螺是利用科氏效应来测量外界角速率信号的传感器,具有尺寸小、成本低、功耗低和可靠性高等优点,被广泛应用于定位导航和军工装备领域,近些年作为制导炮弹的惯性器件,也是其重要的发展方向,由于制导炮弹的发射过载很大,因此提出了抗高过载环境的适应性要求。本文设计了一种抗过载双质量块微机械陀螺结构,并对其结构性能、力学特性以及抗过载能力进行了分析与验证。主要研究内容如下:(1)论文通过对微机械陀螺工作原理、过载冲击原理和结构失效机理的分析,确定了抗过载双质量块结构的布局方案,并对微机械陀螺的弹性梁、机械耦合机构、驱动检测机构以及缓冲止挡抗过载机构进行了结构设计与参数计算。(2)针对设计的抗过载微机械陀螺进行了结构性能和力学特性的仿真分析,模态分析显示,双质量块结构反相模态的频率低于同向模态且实现了分离;抗过载性能分析显示,结构在三个方向的抗过载能力分别为16800g,15200g,20000g;并进一步通过振动特性分析、重力分析和热固耦合分析对结构性能和强度进行了分析验证。(3)对整个双质量块微机械陀螺进行了系统性能分析,计算了结构的品质因数、灵敏度、带宽以及热机械噪声,建立了驱动模块、检测模块、信号处理模块和带缓冲止挡机构的抗过载模块,通过对输入信号的调制解调,实现了角速率到电学信号的转换,得到了双质量块微陀螺的总灵敏度为3.18×10-4pF/(o/s),且系统的抗过载性能满足要求。(4)最后进行了工艺设计,提出了工艺方案、工艺流程、光刻版图,以及封装方案与流程,为进一步样品的加工提供支持。以上研究成果可为抗过载微机械陀螺的结构设计、性能分析以及加工制造提供参考。
严与星[4](2020)在《隧穿型石墨烯MEMS加速度计研究》文中研究说明隧穿型加速度计都有很高灵敏度,但是隧穿结局部电流过大,一般的隧穿结材料容易发生电迁移现象,导致隧穿型加速度计的灵敏度越来越低,大大降低了隧穿型加速度计的实际工作性能。本文利用石墨烯材料则可以有效的避免电迁移现象的产生,根据石墨烯的工艺特点,结合具体情况设计了六种石墨烯悬臂的结构形式。通过对质量块的尺寸和悬臂结构的设计,可以大大提高隧穿型石墨烯MEMS加速度计的灵敏度。利用仿真软件COMSOL对石墨烯的六种结构形式进行设计与仿真分析,根据隧穿型加速度计的工作原理,提出了六种石墨烯悬臂的常用结构,分别是单边单悬臂、单边双悬臂、单边“S”型双悬臂、双边单悬臂、双边双悬臂、双边“S”型双悬臂。石墨烯悬臂的模态进行了较为详细的分析,得出了六种石墨烯悬臂的前六阶特征频率与振型图。对所设计的六种石墨烯悬臂的弧长随惯性力作用下的变化进行仿真。由于石墨烯悬臂主要是用来感应加速度变化的,因此需要先研究石墨烯悬臂与惯性力对应关系。本文仿真出了石墨烯悬臂随惯性力的弧长变化情况。单边悬臂和双边悬臂不管在弧长的变化形式,还是在位移量的变化程度上都有各自的特点,但是单纯的石墨烯悬臂对加速度的敏感程度不是很高。因此本文特地加入了石墨烯悬臂与金材料的质量块结合后的情况分析,通过仿真结果可以发现质量块可以大幅提高加速度计的灵敏度。对石墨烯悬臂与驱动电压的影响关系进行研究。我发现石墨烯材料对驱动电压非常敏感,很小的电压都可以导致石墨烯很大的形变,石墨烯悬臂实际工作情况时可以抬高石墨烯悬臂与驱动电极之间的距离。对所得的仿真结果进行了对应的拟合分析,得出了一些经验公式的参数。对加速度计进行固体力学和静电场的多物理场耦合分析。由于加速度计实际工作环境是惯性力与驱动电压的耦合作用,所以本文对加速度进行了固体力学和静电场的多物理耦合仿真分析并结合实验室已有的设备设计了加速度计的测试平台,并且为所设计的测试平台编写了对应的信号读取代码。
夏称阳[5](2020)在《三维MEMS声发射传感器的传感机理及其关键技术研究》文中研究表明声发射(Acoustic emission,AE)技术作为一种动态无损检测手段,主要实现对材料产生的缺陷进行动态监测及损伤位置的预测。目前用于AE监测的传感器大多数是压电材料的谐振式或宽频带传感器,具有响应速度快、灵敏度高、使用方便等优点,然而传统的传感器将同时检测所有方向应力波,不具备测定特定方向应力波的能力,不能分辨不同方向的AE信号。针对上述问题,为实现对工程结构裂纹的三维动态位移检测,设计了一种新型三维微机电系统声发射传感器。主要研究内容如下:(1)建立三维声发射传感器的三种等效模型并进行理论分析。在平行板电容模型中,分析了z方向传感单元的电容、塌陷电压、阻尼和灵敏度等参数;采用等效电路模型,计算z方向传感单元的输出电压;通过薄膜振动模型,研究了z方向传感单元的谐振点处位移、谐振频率等参数。(2)三维声发射传感器的设计。根据所需的响应频率和加工工艺等,确定三个传感单元的极板厚度、弹簧尺寸和极板间的间隙等参数;使用SolidWorks软件建立三维声发射传感器模型,主要包括x、y、z三个方向响应的传感单元模型;为了检测三个正交方向上的声发射信号并使传感单元面积减少,采用CAD软件对三维声发射传感器进行阵列布局设计;对传感器的制备工艺进行优化设计。(3)采用ANSYS Workbench软件对三维传感模型进行仿真分析。基于三维声发射传感器的理论分析和结构设计结果,对z方向响应传感单元进行模态和谐响应分析,得到的传感单元最大偏转位移和谐振频率均在设计要求范围内;对x、y方向响应的传感单元分别进行模态和谐响应分析,得到的仿真模拟值与理论值吻合较好,验证了结构设计的合理性,同时得到了在x、y方向响应的传感单元可以有效地将所需x、y方向的机械响应和不需要的z方向的机械响应隔离开来。(4)通过LabVIEW软件实现三维声发射传感器信号采集系统的上位机软件编程。以LabVIEW为平台,结合三维声发射传感器的特征,建立多通道同步采集的信号采集系统,包括模拟信号发生、信号采集、波形分析、数据储存及信号回放的设计及程序编写。对所设计的信号采集系统进行测试,以仿真信号作为输入,测试结果表明,所设计的信号采集系统可以满足三维声发射传感器的信号采集及分析功能。
付晓瑞[6](2020)在《微型谐振传感器非线性动力学特性研究》文中提出作为微机电系统的重要组成部分,微谐振传感器具有体积小、精度高、与测试电路易集成、响应迅速以及频率信号不易失真等优点,具有广阔的市场前景。本文对微型谐振传感器进行了非线性振动和混沌振动特性研究,设计并研制出低、中、高频检测电路,完成了传感器制作以及相关测试实验。根据薄膜大挠度理论和连续系统振动理论建立了薄膜式压力传感器谐振子多场耦合非线性动力学方程。得到了系统非线性固有频率、接近共振以及远离共振时域动态响应方程。揭示了系统参数对非线性固有频率、接近共振时幅频特性以及远离共振时域动态响应的影响规律。结果表明:当初始间隙低于400nm时,微谐振压力传感器系统应考虑分子力。多场耦合非线性可使传感器固有频率及动态响应发生变化。建立了微谐振气体传感器悬臂梁谐振子多场耦合非线性动力学模型,得到了系统非线性固有频率、幅频特性曲线以及远离共振时域动态响应方程。分析了系统参数对系统固有频率、接近共振时幅频特性以及远离共振时域动态响应的影响规律。结果表明:多场耦合非线性使得系统固有频率和振动响应均发生变化;谐振子间隙小于500nm,长度大于1mm时,分子力对传感器固有频率及动态响应影响变为显着。分析了薄膜式微谐振压力传感器多场耦合混沌振动特性,得到了系统对各影响因素的分叉图及最大Lyapunov指数图。利用时域图、相图、庞加莱截面图和频率谱图揭示了谐振系统由周期振动走向混沌振动的方式为倍周期分叉方式。利用比例微分控制方法对传感器各影响因素引起的混沌振动进行了控制与分析。研究发现:当参数选择不合适时会引起传感器混沌振动;通过比例微分控制方法可以对传感器混沌振动状态进行有效的控制。研究了悬臂梁式微谐振气体传感器多场耦合混沌振动特性,分析了系统影响因素对传感器混沌振动的影响。揭示了传感器在气体检测过程中相关参数对混沌振动的影响规律。利用比例微分控制方法对传感器混沌振动进行了控制分析。研究发现:传感器初始阶段为稳定周期振动时,谐振子在测试过程中也可能转变为混沌振动。利用微机械加工工艺设计研制出薄膜式微谐振压力传感器、悬臂梁式微谐振气体传感器和微谐振生物传感器。利用减少传感器谐振子等效质量以提高传感器频率的闭环反馈方法,设计了基于锁相环的低频检测系统、中频检测系统和高频反馈检测系统,完成了传感器固有频率开环、闭环检测实验,压力传感器通压实验,气体传感器中低频气敏实验以及生物传感器吸氧/脱氧高频检测实验,测得单个氧气分子质量。结果发现:当添加180°反馈时,谐振传感器的灵敏度得到大大提高,验证了设计的高频检测电路在生物传感器领域应用的可行性。
秦瑞洁[7](2020)在《基于柔性基板的高性能高可靠性RF MEMS器件研究》文中研究指明21世纪是信息化时代,随着通讯行业迅猛发展,通信手段不断提高,射频和微波领域内电子器件也备受关注,RF MEMS(射频微机电系统)器件因本身线性度高、损耗低、体积小等特点在信息、国防、医疗等方面都有广泛的应用。由于在机载、星载雷达和物联网通信系统中应用空间和应用环境越来越复杂,基于柔性基板的RF MEMS器件凭借其体积小、可弯曲等特点成为近年来的研究热点。目前主要的研究内容是围绕器件设计、制备和非弯曲下器件性能本身研究,很少有对弯曲条件下器件性能漂移做出理论分析和实验验证,更缺乏在弯曲条件下的预匹配设计使器件能在弯曲条件下性能得到优化。然而结合科研和工程应用实际需求,建立柔性RF MEMS器件对衬底弯曲响应的理论模型、对器件进行预匹配设计消除衬底弯曲带来的影响、根据理论模型进行仿真和实验验证等工作对于推动柔性RF MEMS器件的研究和应用都有着重要意义。本文从基于柔性基板的典型RF MEMS器件出发,建立不同弯曲条件下器件弯曲特性模型,探索在复杂环境下衬底弯曲对典型RF MEMS器件力学性能、微波性能和动态特性的影响。在对柔性RF MEMS器件的发展历程、应用场景进行分析和总结后,开展了以下工作:(1)建立基于柔性基板的典型RF MEMS器件二维和三维弯曲特性模型。根据不同典型器件的工作原理,建立弯曲后静电驱动开关力学性能、微波性能和动态特性模型,以及四端固定电容器在不同弯曲条件下的电容变化模型,并对典型RF MEMS器件在衬底弯曲后的主要参数进行提取分析,提出弯曲条件下RF MEMS开关的力学/微波预匹配设计方案。(2)根据基于柔性基板的典型RF MEMS器件弯曲理论模型,结合LCP工艺限制,确定几种典型RF MEMS器件的结构和尺寸,包括双端固支梁开关、悬臂梁开关、滤波器、电容器等,并对不同弯曲条件下典型RF MEMS器件进行力学性能和微波性能仿真,仿真结果与理论模型计算结果吻合良好。(3)对上述提出的典型RF MEMS器件进行版图设计与制备,在不同弯曲条件下进行样品的性能参数测试。测试结果表示,双端固支梁开关力学性能、微波性能、动态特性随衬底弯曲变化规律与理论模型一致,匹配结构在弯曲条件下明显改善了双端固支梁开关微波性能,不同弯曲条件下滤波器性能变化规律与仿真结果相符。本文建立了典型RF MEMS器件弯曲特性模型,首次提出了四端固定电容器在不同弯曲条件下三维弯曲理论模型,并设计出弯曲条件下的预匹配结构消除衬底弯曲对器件带来的影响,对典型RF MEMS器件进行了弯曲特性仿真、设计、制备以及实验验证。
刘向磊[8](2019)在《小功率电源微型开关动态控制技术》文中研究表明针对引信电发火控制系统存在的储能电容充、放电源控制和电雷管待发状态控制两个主要问题,为避免发生膛炸、炮口炸、弹道炸的可能性,加强对引信发火控制电路储能电源充、放电控制非常必要,对提高引信安全性具有重要意义。在综合国内外破甲弹引信电源安全控制后,分析了破甲弹引信膛内经历的受力环境,以此为依据确定了发火电路储能电容的膛内供电时刻、开关阈值等参数,提出了基于微型惯性开关控制的发火控制系统储能电源充电、放电顺序控制的改进方案,利用弹丸飞行的惯性力、时序特征,重点开展膛内充电微型开关控制技术研究。在引信空间小体积约束条件下,考虑到由于国内MEMS制造微型开关存在电极工艺的关键问题难以解决,寻求能够尽快产品化的制造工艺方法。在引信零件制造中首次尝试3D打印SLM工艺方法,设计了钛合金和铝合金2种材质的金属微型“塑性变形惯性接电开关”,进行了开关作用的可行性理论分析。利用正交实验分析开关头部直径、电极宽度和厚度多参数对电极接触性能的影响数,结果表明,开关头部直径影响最大,电极宽度和厚度对接触影响最小。结构尺寸最优组合方案是A2B1C3,即开关直径水平2、电极宽度水平1、电极厚度水平3时最大触面积为1.8mm2。利用正交实验设计方法分析了SLM工艺制造塑性变形惯性接电开关的扫描间距、扫描速度、激光功率3个参数对表面质量的影响,确定了较优的打印参数组合。制作了钛合金和铝合金材质的2种塑性变形惯性接电开关样机。为了在提高零件表面质量、降低开关导通电阻值方面,为今后完善、提高3D打印SLM工艺制造引信控制开关积累经验和提供参数参考,计算和测量开关样机的导通电阻、电极接触电阻,结果表明,满足电源的通电性要求。采用激光位移测量系统,测量模拟冲击条件下的钛合金和铝合金塑性变形惯性接电开关电极塑性变形,进行了机械强度分析,结果表明,两种开关的塑性电极“载荷-位移”变化规律基本符合理论分析。研究成果表明,3D打印SLM工艺制造钛合金和铝合金塑性变形惯性接电开关,将适用于引信电源控制的膛内惯性环境。
徐驰[9](2019)在《分数阶Sigma-Delta调制器设计和实现》文中进行了进一步梳理MEMS(Micro Electro-mechanical System)加速度传感器具有功耗低、体积小、灵敏度高、动态范围大、可批量生产且不受电磁场干扰等优势在军事、科技和商业等领域中发挥着重要作用。因此,致力研发MEMS加速度传感器具有科技战略性意义。在MEMS加速度传感器系统中,机械敏感结构与后级检测电路组成了 Sigma-Delta调制器,并通过在机械敏感结构后级联电学积分器来提高Sigma-Delta调制器的性能。Sigma-Delta调制器是MEMS加速度传感器的重要组成部分,其动态范围、带宽、精度、稳定性和噪声整形能力对MEMS加速度传感器的性能起着关键性作用。Sigma-Delta调制器可分为二阶Sigma-Delta调制器和高阶Sigma-Delta调制器。二阶Sigma-Delta调制器就是将机械敏感结构包含在闭环系统内作为二阶环路积分器,其系统具有绝对稳定性,但检测精度、动态范围、噪声整形能力和灵敏度等方面性能并不能达到高精度MEMS加速度传感器的标准。高阶Sigma-Delta调制器是在二阶机械敏感结构后级联电学积分器所得到,具有理想的噪声整形能力、灵敏度、信噪比和动态范围等优势,但系统待整定参数多且需要严格选取参数保证闭环系统稳定。因此,研究高阶Sigma-Delta调制器参数设计方法和提高高阶Sigma-Delta调制器的稳定性具有实际意义。基于此,本文采用分数阶电学积分器替换传统整数阶电学积分器,嵌入Sigma-Delta调制器系统中,构造分数阶Sigma-Delta调制器。分数阶积分器本质上是由多个相位超前滞后环节所构成,通过分数阶次和系数的共同作用,可以为Sigma-Delta调制器配置多个对系统性能和系统稳定性起到“积极作用”的“分数阶形式”的零极点。因此,采用分数阶电学积分器能够扩展Sigma-Delta调制器的稳定域。同时,针对所构造的分数阶Sigma-Delta调制器,采用混沌粒子群优化(Chaotic particle swarm optimization,CPSO)算法在更大的系统稳定域内进行参数寻优,简化Sigma-Delta调制器参数设计复杂度的同时也为进一步提高系统性能创造了更大的参数选取空间。本文研究内容主要集中在分数阶Sigma-Delta调制器的结构设计、参数优化、性能提高和硬件实现方面。同时对所优化设计的分数阶Sigma-Delta调制器的噪声整形能力、信噪比、系统稳定性等方面进行分析。本文具体工作可归纳为:首先,构造了分数阶Sigma-Delta调制器的整体架构、建立分数阶Sigma-Delta调制器仿真模型、提出分数阶Sigma-Delta调制器参数选定机制。在Matlab/Simulink平台上搭建分数阶Sigma-Delta调制器系统仿真模型,借助CPSO算法以系统高信噪比为目标函数、分数阶积分器系数和整个闭环系统增益为待寻优参数,进行分数阶Sigma-Delta调制器的优化设计。将参数优化结果带回系统模型中进行系统信噪比、稳定性、噪声基底、动态范围等分析。对比分析了本文所提分数阶Sigma-Delta调制器与传统整数阶Sigma-Delta调制器在稳定性、噪声基底和信噪比等方面的优势。在此基础上,将分数阶零相位积分器运用于所设计的分数阶Sigma-Delta调制器中,在不引起系统相位滞后的前提下,进一步提高了分数阶Sigma-Delta调制器噪声整形能力。同时,采用滑模变结构控制策略分析了 Sigma-Delta调制器中1-bit量化器的非线性问题,得到本文所设计的分数阶Sigma-Delta调制器对系统非线性具有一定的鲁棒性。其次,将干扰观测器思想引入到分数阶Sigma-Delta调制器中,有效消除了模型参数失配造成的系统误差和系统内外部扰动,提高了整个MEMS加速度传感器系统的抗干扰能力和鲁棒稳定性。本文采用伯德理想(Bode’s ideal cutoff,BICO)滤波器替换干扰观测器中的低通Q滤波器,在BICO滤波器的理想抗扰性能基础上,将BICO滤波器的阶次从整数域拓展到实数域,有利于进一步提高分数阶Sigma-Delta调制器的鲁棒稳定性。通过CPSO算法优化所提BICO滤波器的分数阶次,设计带有分数阶干扰观测器的分数阶Sigma-Delta调制器。最后,进一步优化分数阶Sigma-Delta调制器结构和参数。选取精度较高的分数阶积分器的数值实现算法,确定分数阶积分器的定点系数和分数阶积分器硬件实现结构,进行分数阶积分器的FPGA硬件实现,为后续分数阶Sigma-Delta调制器硬件实现做准备。然后,将ADC模块、分数阶积分器模块、1位比较器和同步时钟发生模块集成在一个FPGA芯片上,进而与MEMS机械敏感结构芯片、模数混合ASIC芯片集成在印制电路板(Printed circuit board,PCB)上进行联合调试,建立了分数阶Sigma-Delta调制器系统的测试平台。将所设计的PCB测试板放置于超静音室的隔震台上进行系统本底噪声测试。采用数字采集卡采集PCB的输出1-bit数字码流,在MATLAB软件上进行噪声功率谱分析,验证分数阶Sigma-Delta调制器的噪声整形性能。本文所提分数阶Sigma-Delta调制器在一定程度上促进了 MEMS加速度传感器高性能化的理论发展,并为分数阶微积分理论在实际系统中的应用提供借鉴。
于洋[10](2019)在《典型MEMS膜/梁结构的RF MEMS柔性器件弯曲特性的研究》文中指出在当今信息化发展的浪潮中,柔性电子器件以其可弯曲延展特性及其高效、低成本的制备工艺流程,在国防、信息、治疗、能源等领域具有十分广阔的应用远景,在对复杂环境空间应用的保形性、轻量化、小型化以及智能化等方面具有无可比拟的重要性和优势。MEMS(微机电系统)柔性器件作为柔性电子器件的重要组成部分,其保形性、高性能、小体积、智能化的传感器、执行器成为当今柔性电子系统中必不可少的组成部分,特别是RF MEMS(射频微机电系统)柔性器件,由于其在机载、星载雷达和物联网通信系统中的广泛应用前景,使得各种RF MEMS柔性执行器、传感器变为了近年来的研究热门。目前关于RF MEMS柔性器件的主要研究内容和目的还都处于器件设计、制备和非弯曲条件下的性能测试阶段,器件的弯曲特性建模和实验表征验证的研究目前还处于空白。然而,不管从科学研究角度还是工程应用层面,都迫切需要建立起基于柔性衬底的RF MEMS器件的弯曲特性模型,以推动RF MEMS柔性器件的深入研究和开发应用。本论文将建立典型MEMS膜/梁结构RF MEMS柔性器件的弯曲特性模型,探索在复杂环境应用中柔性衬底弯曲对典型MEMS膜/梁结构MEMS柔性器件力学特性、微波特性和动态特性参数的影响。本文对柔性射频电子器件的研究背景、应用领域和发展现况进行调研分析后,展开了以下研究工作:(1)建立典型MEMS膜/梁结构的弯曲特性模型。通过分析MEMS驱动器设计的基础理论,给出了静电驱动双端固支梁/悬臂梁结构和热驱动V形梁结构的基本工作原理和力学特性、微波特性和动态特性参数的计算公式,并且对LCP柔性衬底发生弯曲条件下典型MEMS膜/梁结构相关参数的变化进行了理论分析。(2)基于典型MEMS膜/梁结构的弯曲特性模型,结合工艺限制,最终确定三种典型膜/梁结构的尺寸和结构,包含静电驱动双端固支梁结构、静电驱动悬臂梁结构和热驱动V型梁结构三种典型结构,并且对不同曲率弯曲条件下典型结构的吸合电压/驱动电流、回波损耗和驱动时间进行仿真,仿真结果和模型理论计算值相吻合。(3)对三种典型MEMS膜/梁结构进行了制备,测量确定制备结果的实际尺寸,并基于不同弯曲曲率的测试架对所制备的样品进行了性能参数表征。测量结果显示,双端固支梁结构和悬臂梁结构由于工艺导致膜桥上翘过高,无法实现驱动,但是其微波性能符合理论模型;V型梁结构的测量结果显示其力学和动态特性的测量结果与其实测尺寸下的理论模型计算结果符合的很好。本论文首次建立了基于典型MEMS膜/梁结构的RF MEMS柔性器件弯曲特性模型,并对柔性衬底弯曲对膜/梁结构性能产生的影响进行解析,获得力学特性、微波特性和动态特性关键参数的变化规律。本论文的主要工作填补了国内外对RF MEMS柔性器件弯曲特性模型的研究空白,为真正实现RF MEMS柔性器件适用于复杂环境应用的深入研究和实际应用提供坚实的理论基础。
二、一种新型微机械硅弹簧的设计与制作(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、一种新型微机械硅弹簧的设计与制作(论文提纲范文)
(1)基于新型触发装置和跌倒预警算法的髋部自动防护系统研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 触发装置研究现状 |
1.2.2 跌倒检测方法研究现状 |
1.3 研究内容及论文章节安排 |
第2章 系统整体结构及硬件设计 |
2.1 系统设计目标及需求分析 |
2.2 系统总体结构设计 |
2.3 系统各模块设计 |
2.3.1 跌倒预警子系统 |
2.3.2 人体安全防护气囊子系统 |
2.4 系统硬件连接图 |
2.5 本章小结 |
第3章 微机械双向触发装置设计 |
3.1 跌倒有效干预时间 |
3.2 微机械双向触发装置 |
3.3 触发装置从动件运动规律 |
3.4 触发装置凸轮设计 |
3.4.1 凸轮压力角 |
3.4.2 凸轮轮廓的曲率半径 |
3.4.3 盘型凸轮轮廓设计 |
3.4.4 复位弹簧设计 |
3.5 本章小结 |
第4章 微机械双向触发装置放气时间研究 |
4.1 理论计算 |
4.1.1 刺针刺破气瓶的时间 |
4.1.2 压缩气体释放时间 |
4.2 实验验证 |
4.3 本章小结 |
第5章 基于统计方法的跌倒预警算法研究 |
5.1 人体运动信息采集 |
5.2 运动数据分析 |
5.2.1 后倒动作分析 |
5.2.2 左倒运动分析 |
5.2.3 右倒运动分析 |
5.2.4 日常动作分析 |
5.3 基于统计方法的跌倒预警算法研究 |
5.4 本章小结 |
第6章 基于统计方法的跌倒预警算法实验 |
6.1 跌倒预警前置时间 |
6.2 预警算法实验 |
6.3 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 工作展望 |
参考文献 |
附录 |
作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
致谢 |
(2)MEMS类蛛网状盘式谐振陀螺结构设计研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究意义 |
1.2 MEMS轴对称陀螺国内外研究现状 |
1.2.1 国外研究现状 |
1.2.2 国内研究现状 |
1.3 论文的选题和主体框架: |
第二章 微机械轴对称陀螺基本理论 |
2.1 科里奥利效应 |
2.2 轴对称陀螺仪动力学 |
2.3 主要性能指标分析 |
2.3.1 分辨率 |
2.3.2 灵敏度 |
2.3.3 带宽 |
2.3.4 零偏及零偏不稳定性 |
2.3.5 其他主要性能指标 |
2.4 模态耦合误差 |
2.4.1 刚度耦合误差 |
2.4.2 阻尼耦合误差 |
2.5 工作模式 |
2.5.1 开环模式 |
2.5.2 力再平衡模式 |
2.5.3 全角模式 |
2.6 小结 |
第三章 MEMS类蛛网状盘式谐振陀螺的频率对称性研究 |
3.1 MEMS盘式谐振陀螺的频率裂解理论模型 |
3.2 频率裂解抑制途径及设想方案 |
3.3 实验样机设计及制造工艺 |
3.3.1 实验样机设计 |
3.3.2 制造工艺 |
3.4 类蛛网状和圆环状盘式谐振陀螺的相对频率裂解敏感度分析 |
3.4.1 结构误差理论模型分析 |
3.4.2 加工误差仿真模型分析 |
3.5 类蛛网状和圆环状盘式谐振陀螺的测试结果对比 |
3.5.1 频率响应测试 |
3.5.2 温度稳定性测试 |
3.6 对比验证 |
3.7 小结 |
第四章 MEMS类蛛网状盘式谐振陀螺的能量损耗机制和阻尼非对称误差研究 |
4.1 能量耗散与Q的关系 |
4.2 气体阻尼损耗机制 |
4.2.1 修正连续流体模型 |
4.2.2 能量传递模型 |
4.3 热弹性阻尼损耗机制 |
4.3.1 Zener解析模型 |
4.3.2 COMSOL有限元模型 |
4.4 锚点阻尼损耗机制 |
4.5 其他阻尼损耗机制 |
4.5.1 表面阻尼损耗机制 |
4.5.2 电子阻尼损耗机制 |
4.5.3 Akhiezer阻尼损耗机制 |
4.6 阻尼非对称误差机理理论分析 |
4.6.1 气体阻尼损耗机制非对称误差 |
4.6.2 热弹性阻尼损耗机制非对称误差 |
4.7 实验验证 |
4.7.1 能量损耗机制理论模型测试验证 |
4.7.2 阻尼非对称误差机理理论模型测试验证 |
4.8 小结 |
第五章 MEMS类蛛网状盘式谐振陀螺的结构特性分析及性能测试 |
5.1 陀螺结构设计方案 |
5.2 谐振器结构特性分析 |
5.2.1 模态分析 |
5.2.2 过载分析 |
5.2.3 参数设计 |
5.2.4 振幅放大效应 |
5.3 电容换能器结构特性分析 |
5.3.1 静电激励 |
5.3.2 电容检测 |
5.3.3 刚度调谐 |
5.4 非线性效应 |
5.4.1 静电非线性效应 |
5.4.2 电容非线性效应 |
5.5 力再平衡闭环检测 |
5.6 性能评估 |
5.6.1 模态匹配 |
5.6.2 非线性测试 |
5.6.3 标度因子测试 |
5.6.4 零偏稳定性测试 |
5.7 小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
作者在学期间取得的科研成果 |
致谢 |
(3)抗过载双质量块微机械陀螺结构设计与分析(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1.绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 微机械陀螺的研究发展现状 |
1.2.1 国外研究现状 |
1.2.2 国内研究现状 |
1.3 论文主要研究内容和章节安排 |
2.微机械陀螺的理论分析 |
2.1 科氏效应的原理 |
2.2 微机械陀螺动力学特性分析 |
2.2.1 单质量块微机械陀螺振动特性 |
2.2.2 双质量块微机械陀螺振动特性 |
2.3 微机械陀螺的阻尼分析 |
2.3.1 空气阻尼 |
2.3.2 热弹性阻尼 |
2.4 驱动与检测方式分析 |
2.4.1 静电驱动原理 |
2.4.2 电容检测原理 |
2.5 抗过载微机械陀螺结构设计理论分析 |
2.5.1 过载环境冲击原理 |
2.5.2 过载环境中微陀螺结构失效机理 |
2.5.3 双质量块微机械陀螺抗过载原理 |
2.6 本章小结 |
3.抗过载双质量块微机械陀螺结构设计 |
3.1 双质量块微机械陀螺结构方案设计与规划 |
3.1.1 全解耦设计 |
3.1.2 结构布局设计 |
3.1.3 基本性能指标规划 |
3.2 支撑弹性梁结构设计 |
3.3 机械耦合机构设计 |
3.3.1 驱动方向耦合机构设计 |
3.3.2 检测方向耦合机构设计 |
3.4 驱动与检测机构设计 |
3.4.1 静电驱动机构设计 |
3.4.2 电容检测机构设计 |
3.5 缓冲止挡抗过载机构设计 |
3.6 双质量块微机械陀螺尺寸与结构参数计算 |
3.7 本章小结 |
4.双质量块微机械陀螺结构性能与力学特性分析 |
4.1 静态仿真分析 |
4.2 模态分析 |
4.1.1 单侧质量块结构的分析与尺寸优化 |
4.1.2 双质量块微陀螺的模态分析 |
4.3 振动特性分析 |
4.3.1 谐响应分析 |
4.3.2 瞬态分析 |
4.4 抗过载性能分析 |
4.4.1 无缓冲止挡机构下结构抗过载能力分析 |
4.4.2 有缓冲止挡机构下结构抗过载能力分析 |
4.4.3 缓冲止挡机构尺寸优化 |
4.5 重力分析 |
4.6 热固耦合下的结构性能分析 |
4.7 本章小结 |
5.双质量块微机械陀螺系统性能分析 |
5.1 基本性能分析与参数计算 |
5.1.1 品质因数计算 |
5.1.2 频率匹配度分析与带宽计算 |
5.1.3 灵敏度计算 |
5.2 热机械噪声分析 |
5.3 双质量块微机械陀螺系统建模与分析 |
5.3.1 驱动模块的建立与信号分析 |
5.3.2 检测模块的建立与信号分析 |
5.3.3 信号处理模块的建立与分析 |
5.3.4 缓冲止挡机构下抗过载模块的建立与分析 |
5.4 本章小结 |
6.双质量块微机械陀螺工艺设计 |
6.1 常见的MEMS制造技术 |
6.2 工艺方案设计 |
6.3 工艺流程设计 |
6.3.1 硅键合锚区加工工艺流程 |
6.3.2 玻璃基底布线工艺流程 |
6.3.3 硅微陀螺结构加工工艺流程 |
6.4 光刻版图绘制 |
6.5 器件封装设计 |
6.6 本章小结 |
7.总结与展望 |
7.1 全文工作总结 |
7.2 未来工作展望 |
参考文献 |
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果 |
致谢 |
(4)隧穿型石墨烯MEMS加速度计研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.1.1 选题背景 |
1.1.2 选题的意义 |
1.2 国内外MEMS加速度计的研究进展 |
1.2.1 国外MEMS加速度计的研究进展 |
1.2.2 国内MEMS加速度计的研究进展 |
1.3 MEMS加速度计加工工艺的概述 |
1.4 石墨烯在隧穿型加速度计制作中的应用 |
1.5 本文的工作介绍 |
第2章 隧穿型石墨烯MEMS加速度计的建模 |
2.1 引言 |
2.2 多物理仿真软件COMSOL的简介 |
2.3 隧穿型加速度计的工作原理 |
2.4 隧穿型石墨烯MEMS加速度计的工艺介绍 |
2.4.1 掩膜板图案的设计 |
2.4.2 电极制作的工艺流程图 |
2.5 隧穿型石墨烯MEMS加速度计的结构设计 |
2.5.1 仿真模型的结构设计 |
2.5.2 参数化模型的材料属性设置 |
2.5.3 网格划分 |
2.6 本章小结 |
第3章 石墨烯悬臂的理论模型与仿真分析 |
3.1 引言 |
3.2 悬臂的理论分析 |
3.2.1 单端固定悬臂 |
3.2.2 双端固定悬臂 |
3.3 理论模型总结 |
3.4 石墨烯悬臂的模态分析 |
3.4.1 单边单悬臂的前六阶振型 |
3.4.2 单边双悬臂的前六阶振型图 |
3.4.3 单边“S”型双悬臂的前六阶振型图 |
3.4.4 双边单悬臂的前六阶振型图 |
3.4.5 双边双悬臂的前六阶振型图 |
3.4.6 双边“S”型双悬臂的前六阶振型图 |
3.5 物理场对悬臂挠度的影响 |
3.5.1 加速度对对悬臂挠度的影响 |
3.5.2 驱动电压对悬臂挠度的影响 |
3.5.3 惯性力与驱动电压耦合对悬臂挠度的影响 |
3.6 石墨烯结构的仿真总结 |
3.7 本章小结 |
第4章 真空控温探针测试平台的设计 |
4.1 引言 |
4.2 测试平台的设计思路 |
4.3 测试平台的结构设计与搭建 |
4.4 加速度计信号的通信和数据处理 |
4.4.1 加速度计信号读取和传输 |
4.4.2 MATLAB读取程序的编写 |
4.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
(5)三维MEMS声发射传感器的传感机理及其关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景和意义 |
1.2 国内外研究现状与发展趋势 |
1.2.1 国内发展趋势 |
1.2.2 国外发展趋势 |
1.3 三维MEMS声发射传感器介绍 |
1.3.1 声发射技术 |
1.3.2 电容式MEMS声发射传感器 |
1.4 LabVIEW在声发射检测技术中的应用 |
1.5 课题主要研究内容和论文结构 |
第2章 三维MEMS声发射传感器的原理与电气特性 |
2.1 三维MEMS声发射传感器的基本结构及工作原理 |
2.1.1 基本结构 |
2.1.2 工作原理 |
2.1.3 工作频率 |
2.2 三维MEMS声发射传感器的平行电容板模型 |
2.2.1 电容计算 |
2.2.2 塌陷电压 |
2.2.3 挤压膜阻尼 |
2.2.4 谐振点处灵敏度 |
2.3 三维MEMS声发射传感器的等效电路模型 |
2.3.1 等效电路 |
2.3.2 输出电压 |
2.4 三维MEMS声发射传感器的薄膜振动模型 |
2.4.1 谐振点处位移 |
2.4.2 谐振频率 |
2.5 本章小结 |
第3章 三维MEMS声发射传感器的设计 |
3.1 传感器的频域设计目标 |
3.2 传感器的初步设计 |
3.3 传感器的建模和参数确定 |
3.3.1 三维MEMS声发射传感器总体模型 |
3.3.2 z方向响应传感单元的设计与建模 |
3.3.3 y方向响应传感单元的设计与建模 |
3.3.4 x方向响应传感单元的设计与建模 |
3.4 传感器的阵列 |
3.4.1 三维MEMS声发射传感器的阵列 |
3.4.2 z方向响应传感单元的CAD布局设计 |
3.4.3 x、y方向响应传感单元的CAD布局设计 |
3.5 传感器的制备工艺 |
3.5.1 微机械加工工艺 |
3.5.2 传感器的制造流程 |
3.6 本章小结 |
第4章 三维MEMS声发射传感器的关键参数分析与确定 |
4.1 传感器材料简述 |
4.2 传感器的有限元分析 |
4.2.1 有限元简介 |
4.2.2 三维MEMS声发射传感器的网格划分 |
4.3 z方向传感单元的仿真分析及参数确定 |
4.3.1 无阻尼状态下的模态分析 |
4.3.2 有阻尼状态下的模态分析 |
4.3.3 含阻尼状态下的谐响应分析 |
4.4 x、y方向传感单元的仿真分析及关键参数确定 |
4.4.1 模态分析---x方向传感单元 |
4.4.2 谐响应分析---x方向传感单元 |
4.4.3 模态分析---y方向传感单元 |
4.4.4 谐响应分析---y方向传感单元 |
4.5 本章小结 |
第5章 3-D声发射传感器信号采集系统的设计 |
5.1 LabVIEW的概念 |
5.2 信号采集系统的结构框架 |
5.3 平台硬件系统组成 |
5.3.1 硬件系统框架 |
5.3.2 前置放大器选型 |
5.3.3 声发射采集卡选型 |
5.4 软件层次结构的设计 |
5.4.1 模拟信号发生模块设计 |
5.4.2 信号采集模块设计 |
5.4.3 信号分析模块设计 |
5.4.4 信号回放模块设计 |
5.5 系统运行及仿真分析 |
5.5.1 仿真信号发生 |
5.5.2 系统测试结果 |
5.6 本章小结 |
总结与展望 |
总结 |
展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得的成果 |
发表的学术论文 |
专利 |
致谢 |
(6)微型谐振传感器非线性动力学特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 微谐振传感器 |
1.2.1 薄膜式微谐振压力传感器 |
1.2.2 悬臂梁式微谐振气体传感器 |
1.2.3 谐振传感器信号激励与检测 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 微谐振压力传感器国内外研究现状 |
1.3.2 微谐振气体传感器国内外研究现状 |
1.4 存在问题与研究目的 |
1.5 本文研究内容 |
第2章 微谐振压力传感器薄膜谐振子多场耦合非线性动力学特性研究 |
2.1 压力传感器谐振子非线性多场耦合动力学建模 |
2.2 薄膜谐振子非线性自由振动分析 |
2.3 薄膜谐振子非线性受迫振动分析 |
2.3.1 接近共振受迫振动分析 |
2.3.2 远离共振受迫振动分析 |
2.4 结果分析 |
2.4.1 自由振动结果分析 |
2.4.2 接近共振幅频特性分析 |
2.4.3 远离共振时域响应分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 微谐振气体传感器谐振子多场耦合非线性振动分析 |
3.1 气体传感器非线性多场耦合动力学建模 |
3.2 谐振梁多场耦合非线性自由振动分析 |
3.3 谐振梁多场耦合非线性受迫振动分析 |
3.3.1 接近共振时受迫振动分析 |
3.3.2 远离共振受迫振动 |
3.4 结果分析 |
3.4.1 自由振动分析 |
3.4.2 接近共振时幅频特性分析 |
3.4.3 远离共振时域响应分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 薄膜式微谐振压力传感器多场耦合混沌振动研究 |
4.1 薄膜式压力传感器非线性振动方程 |
4.1.1 混沌振动基本特征 |
4.1.2 走向混沌的方式 |
4.1.3 薄膜非线性动力学方程 |
4.2 谐振压力传感器系统混沌振动分析 |
4.2.1 谐振薄膜与基底初始间隙的影响 |
4.2.2 初始拉伸应力的影响 |
4.2.3 谐振薄膜宽度的影响 |
4.2.4 气体动力粘度的影响 |
4.2.5 谐振薄膜厚度的影响 |
4.2.6 激励电压的影响 |
4.2.7 分子力的影响 |
4.3 混沌控制 |
4.3.1 间隙混沌控制 |
4.3.2 初始拉伸应力混沌控制 |
4.3.3 谐振薄膜宽度混沌控制 |
4.3.4 气体动力粘度混沌控制 |
4.3.5 谐振薄膜厚度混沌控制 |
4.3.6 激励电压混沌控制 |
4.4 位移突变仿真验证 |
4.5 本章小结 |
第5章 微谐振气体传感器多场耦合混沌振动分析 |
5.1 气体传感器非线性振动方程 |
5.2 初始状态混沌振动影响因素分析 |
5.2.1 谐振子与基底初始间隙的影响 |
5.2.2 悬臂梁谐振子厚度的影响 |
5.2.3 悬臂梁谐振子宽度的影响 |
5.2.4 小参数的影响 |
5.2.5 激励电压的影响 |
5.2.6 气体动力粘度的影响 |
5.2.7 分子力的影响 |
5.3 传感器测试过程中混沌振动影响因素分析 |
5.3.1 间隙对传感器工作时混沌振动影响 |
5.3.2 激励电压对传感器工作时混沌振动影响 |
5.3.3 空气动力粘度对传感器工作时混沌振动影响 |
5.4 混沌控制 |
5.4.1 间隙混沌控制 |
5.4.2 激励电压混沌控制 |
5.4.3 气体动力粘度混沌控制 |
5.5 本章小结 |
第6章 微谐振传感器及检测系统研制 |
6.1 谐振传感器微机械加工 |
6.1.1 传感器芯片加工 |
6.1.2 引线及封装 |
6.2 低频开环检测系统 |
6.2.1 薄膜压力传感器开环测试实验 |
6.2.2 气体传感器开环测试 |
6.3 低频闭环检测系统 |
6.3.1 压力传感器固有频率闭环检测 |
6.3.2 气体传感器固有频率闭环检测 |
6.3.3 传感器非线性振动实验 |
6.3.4 压力传感器通压闭环实验 |
6.3.5 气体传感器气敏实验 |
6.4 中频检测系统 |
6.4.1 中频闭环反馈检测电路 |
6.4.2 气体传感器中频气敏实验 |
6.5 高频检测系统开发及生物传感器测试 |
6.5.1 高频检测系统设计 |
6.5.2 高频闭环测试系统搭建 |
6.5.3 生物传感器测试 |
6.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
致谢 |
(7)基于柔性基板的高性能高可靠性RF MEMS器件研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 微机电系统(MEMS) |
1.1.1 MEMS的发展历史 |
1.1.2 MEMS的特点 |
1.1.3 MEMS的制造技术 |
1.1.4 MEMS的现状和前景 |
1.2 射频微机电系统(RF MEMS) |
1.2.1 RF MEMS定义与分类 |
1.2.2 RF MEMS技术特征 |
1.2.3 RF MEMS研究现状和前景 |
1.3 RF MEMS器件 |
1.3.1 RF MEMS开关 |
1.3.2 RF MEMS电容器 |
1.3.3 RF MEMS滤波器 |
1.3.4 RF MEMS移相器 |
1.4 柔性MEMS器件 |
1.4.1 柔性MEMS简介 |
1.4.2 RF MEMS柔性衬底材料 |
1.4.3 柔性RF MEMS研究现状 |
1.5 本论文主要工作 |
第2章 基于柔性衬底RF MEMS器件理论分析 |
2.1 RF MEMS器件二维弯曲模型 |
2.1.1 RF MEMS双端固支梁开关二维弯曲力学模型 |
2.1.1.1 双端固支梁驱动电压 |
2.1.1.2 双端固支梁衬底弯曲力学模型 |
2.1.2 RF MEMS悬臂梁开关二维弯曲力学模型 |
2.1.2.1 悬臂梁驱动电压 |
2.1.2.2 悬臂梁衬底弯曲力学模型 |
2.1.3 RF MEMS双端固支梁开关二维弯曲微波模型 |
2.1.4 RF MEMS悬臂梁开关二维弯曲微波模型 |
2.1.5 RF MEMS双端固支梁开关二维弯曲动态模型 |
2.1.5.1 双端固支梁驱动时间 |
2.1.5.2 双端固支梁驱动时间弯曲模型 |
2.1.6 RF MEMS悬臂梁开关二维弯曲动态模型 |
2.1.6.1 悬臂梁梁驱动时间 |
2.1.6.2 悬臂梁驱动时间弯曲模型 |
2.2 RF MEMS器件三维弯曲模型 |
2.2.1 衬底弯曲轴线与电容器中轴线重合 |
2.2.2 衬底弯曲轴线与电容器中轴线成45° |
2.2.3 衬底弯曲轴线与电容器中轴线成任意角度 |
2.3 RF MEMS器件预匹配模型 |
2.3.1 CPW传输理论 |
2.3.2 RF MEMS双端固支梁匹配模型 |
2.4 本章小结 |
第3章 基于柔性衬底RF MEMS器件设计与仿真 |
3.1 仿真软件简介 |
3.2 柔性RF MEMS双端固支梁设计与仿真 |
3.2.1 平直板式柔性RF MEMS双端固支梁开关仿真结果 |
3.2.2 挖孔式柔性RF MEMS双端固支梁开关仿真结果 |
3.2.3 弹簧式柔性RF MEMS双端固支梁开关仿真结果 |
3.2.4 柔性RF MEMS双端固支梁预匹配设计 |
3.3 柔性RF MEMS悬臂梁的设计与仿真 |
3.3.1 平直板式柔性RF MEMS悬臂梁开关仿真结果 |
3.3.2 挖孔式柔性RF MEMS悬臂梁开关仿真结果 |
3.3.3 弹簧式柔性RF MEMS悬臂梁开关仿真结果 |
3.4 柔性电容器设计与仿真 |
3.4.1 四端固定电容器仿真 |
3.4.1.1 弯曲曲面轴线与上极板轴线相重合电容器仿真 |
3.4.1.2 弯曲曲面轴线与上极板轴线成45°电容器仿真 |
3.4.1.3 弯曲曲面轴线与上极板轴线成任意角度电容器仿真 |
3.4.2 基于CPW传输线可变电容器仿真 |
3.5 柔性RF MEMS滤波器仿真 |
3.5.1 双端固支梁膜桥宽度对滤波器性能影响仿真 |
3.5.2 滤波图形长度不同对滤波器性能影响仿真 |
3.5.3 衬底弯曲对滤波器滤波性能的影响 |
3.6 本章小结 |
第4章 基于LCP衬底加工工艺的RF MEMS器件制备与测试 |
4.1 柔性RF MEMS器件工艺流程 |
4.2 柔性RF MEMS器件版图 |
4.2.1 柔性RF MEMS双端固支梁开关工艺版图设计 |
4.2.2 柔性RF MEMS悬臂梁开关工艺版图设计 |
4.2.3 柔性RF MEMS电容器工艺版图设计 |
4.2.4 柔性RF MEMS滤波器版图设计 |
4.3 柔性RF MEMS器件制备结果 |
4.3.1 柔性RF MEMS双端固支梁开关制备结果 |
4.3.1.1 平直板式柔性RF MEMS双端固支梁开关制备结果 |
4.3.1.2 挖孔式柔性RF MEMS双端固支梁开关制备结果 |
4.3.1.3 弹簧式柔性RF MEMS双端固支梁开关制备结果 |
4.3.2 柔性RF MEMS悬臂梁开关制备结果 |
4.3.3 柔性RF MEMS滤波器制备结果 |
4.4 柔性RF MEMS器件衬底弯曲测试结果 |
4.4.1 柔性RF MEMS双端固支梁驱动电压测试结果 |
4.4.2 柔性RF MEMS双端固支梁驱动时间测试结果 |
4.4.3 柔性RF MEMS双端固支梁微波测试结果 |
4.4.4 柔性RF MEMS滤波器测试结果 |
4.5 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 论文总结 |
5.2 课题展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(8)小功率电源微型开关动态控制技术(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.2 引信中微型控制开关应用及先进制造工艺概述 |
1.2.1 MEMS制造工艺及其在引信中的应用 |
1.2.2 机械微加工技术发展及应用 |
1.2.3 3D打印增材制造技术及应用 |
1.3 国内外破甲弹引信电源控制技术 |
1.3.1 引信安全控制与电源安全控制概念 |
1.3.2 M22 控制电源 |
1.3.3 风帽结构的压电电源 |
1.3.4 DRD16 型引信磁后坐电源控制 |
1.4 引信电源控制存在的关键问题 |
1.5 本论文主要研究内容 |
2 引信电源激励环境分析和控制方案设计 |
2.1 无后坐力炮破甲弹引信经历膛内压力数值仿真 |
2.1.1 勤务处理意外跌落环境 |
2.1.2 无后坐力炮破甲弹引信零件膛内压力仿真曲线 |
2.2 引信系统对电源的要求 |
2.2.1 开关响应时间要求 |
2.2.2 开关通电性能要求 |
2.2.3 开关通电可靠性要求 |
2.3 引信电源控制-方案设计 |
2.4 本章小结 |
3 磁后坐发电机膛内供电控制技术研究 |
3.1 引言 |
3.2 膛压作用下塑性变形惯性接电开关电极机械特性分析 |
3.2.1 膛内充电塑性变形惯性接电开关电极动力学分析 |
3.2.2 塑性变形惯性接电开关膛压作用下的变形分析 |
3.2.3 塑性变形惯性接电开关关键参数 |
3.3 基于正交仿真的塑性变形惯性接电开关多参数优化 |
3.3.1 塑性变形惯性接电开关的正交仿真参数设计与安排 |
3.3.2 塑性变形惯性接电开关正交实验仿真及分析 |
3.3.3 塑性变形惯性接电开关参数确定 |
3.4 本章小结 |
4 3D打印塑性变形惯性接电开关性能分析 |
4.1 选区激光熔化制造技术成形原理和工艺过程简述 |
4.2 3D打印塑性变形惯性接电开关样件表面质量分析 |
4.2.1 塑性变形惯性接电开关样件打印参数设计 |
4.2.2 塑性变形惯性接电开关样件表面粗糙度测量与分析 |
4.2.3 正交实验法分析打印参数对表面参数的影响 |
4.3 3D打印塑性变形惯性接电开关电性能分析 |
4.3.1 3D打印塑性变形惯性接电开关材料的电阻率分析 |
4.3.2 3D打印塑性变形惯性接电开关总电阻计算 |
4.3.3 塑性变形惯性接电开关电极接触电阻分析 |
4.4 本章小结 |
5 3D打印塑性变形惯性接电开关强度静态模拟冲击试验 |
5.1 3D打印塑性变形惯性接电开关样件 |
5.2 3D打印塑性变形惯性接电开关电极变形试验 |
5.2.1 静态加载冲击的电极位移测试原理 |
5.2.2 静态加载冲击的电极位移测试结果及分析 |
5.3 塑性变形惯性接电开关接电强度静态冲击试验 |
5.4 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 论文总结与创新 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 攻读硕士学位期间发表的论文和出版着作情况 |
(9)分数阶Sigma-Delta调制器设计和实现(论文提纲范文)
学位论文数据集 |
摘要 |
ABSTRACT |
符号与缩略词说明 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 MEMS数字加速度传感器国内外研究现状 |
1.2.1 国外研究现状 |
1.2.2 国内研究现状 |
1.3 Sigma-Delta调制器的国内外研究现状 |
1.3.1 国外研究现状 |
1.3.2 国内研究现状 |
1.4 分数阶微积分相关知识 |
1.5 本文研究意义和研究目标 |
1.6 本文组织结构 |
第二章 电容式MEMS加速度传感器原理和系统模型 |
2.1 引言 |
2.2 微机械敏感结构 |
2.3 电容检测原理 |
2.4 前置放大器模型 |
2.5 静电力反馈原理 |
2.6 Sigma-Delta调制器 |
2.6.1 基本原理 |
2.6.2 Sigma-Delta调制器构造 |
2.7 电容式MEMS加速度传感器系统模型 |
2.8 分数阶微积分定义 |
2.8.1 常见函数 |
2.8.2 分数阶微积分数学表达 |
2.9 分数阶微积分的Laplace变换 |
2.10 分数阶系统描述 |
2.11 本章小结 |
第三章 分数阶Sigma-Delta调制器设计和参数优化 |
3.1 引言 |
3.2 分数阶Sigma-Delta调制器的数学模型 |
3.3 分数阶Sigma-Delta调制器稳定域分析 |
3.4 4.5阶Sigma-Delta调制器设计 |
3.5 4.5阶Sigma-Delta调制器参数优化 |
3.5.1 CPSO算法 |
3.5.2 优化过程 |
3.5.3 稳定性和鲁棒性分析 |
3.6 5.5阶Sigma-Delta调制器参数优化 |
3.6.1 优化过程 |
3.6.2 稳定性和鲁棒性分析 |
3.7 基于分数阶零相位积分器的分数阶Sigma-Delta调制器 |
3.7.1 分数阶零相位积分器 |
3.7.2 带有FOZPI的5.5阶Sigma-Delta调制器 |
3.8 1-bit量化器非线性问题分析 |
3.8.1 滑模控制 |
3.8.2 基于Sigma-Delta调制器的滑模面设计 |
3.9 本章小结 |
第四章 带有干扰观测器的分数阶Sigma-Delta调制器设计 |
4.1 引言 |
4.2 干扰观测器原理分析 |
4.3 干扰观测器的鲁棒性分析 |
4.4 Q(s)滤波器的设计 |
4.4.1 整数阶Q(s)设计 |
4.4.2 分数阶Q(s)滤波器的设计 |
4.5 基于分数阶干扰观测器的Sigma-Delta调制器设计 |
4.6 基于BICO-DOB的分数阶Sigma-Delta调制器设计 |
4.7 本章小结 |
第五章 分数阶Sigma-Delta调制器硬件实现 |
5.1 引言 |
5.2 分数阶积分器系数优化 |
5.3 仿真结果分析 |
5.4 分数阶积分器系数定点化 |
5.5 3.5阶Sigma-Delta调制器的硬件实现 |
5.5.1 模拟电路部分 |
5.5.2 数字电路部分 |
5.5.3 系统工作逻辑 |
5.5.4 环路积分器运算 |
5.5.5 RTL电路生成 |
5.6 分数阶Sigma-Delta调制器测试 |
5.7 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
研究成果及发表的论文 |
导师与作者简介 |
附件 |
(10)典型MEMS膜/梁结构的RF MEMS柔性器件弯曲特性的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 微电子机械系统(MEMS)简介 |
1.1.1 微电子机械系统的定义 |
1.1.2 MEMS的特点 |
1.1.3 MEMS的研究领域 |
1.1.4 MEMS加工材料和加工技术 |
1.1.5 MEMS的应用领域 |
1.2 射频微电子机械系统(RF MEMS) |
1.2.1 RF MEMS的定义与分类 |
1.2.2 RF MEMS各技术层面的应用 |
1.3 RF MEMS开关 |
1.3.1 RF MEMS开关的特点 |
1.3.2 RF MEMS开关的分类 |
1.3.3 RF MEMS开关的发展现状 |
1.4 MEMS柔性电子器件 |
1.4.1 MEMS柔性电子器件的特点 |
1.4.2 MEMS柔性电子器件的研究现状 |
1.5 本文主要工作 |
1.5.1 拟解决的关键问题和创新点 |
1.5.2 主要研究工作 |
第二章 典型RF MEMS膜/梁结构弯曲特性建模 |
2.1 静电驱动双端固支梁静态力学弯曲特性模型 |
2.1.1 双端固支梁弹簧系数 |
2.1.2 静电驱动双端固支梁结构的吸合电压 |
2.1.3 双端固支梁结构力学弯曲特性 |
2.2 静电驱动悬臂梁静态力学弯曲特性模型 |
2.2.1 静电驱动悬臂梁结构的吸合电压 |
2.2.2 悬臂梁结构力学弯曲特性 |
2.3 热驱动V型梁静态力学弯曲特性模型 |
2.3.1 V型梁结构的驱动原理 |
2.3.2 V形梁结构力学弯曲特性 |
2.4 静电驱动双端固支梁/悬臂梁微波弯曲特性模型 |
2.4.1 双端固支梁/悬臂梁结构的回波损耗 |
2.4.2 双端固支梁/悬臂梁结构微波弯曲特性 |
2.5 静电驱动双端固支梁动态弯曲特性模型 |
2.5.1 静电驱动双端固支梁结构的驱动时间 |
2.5.2 双端固支梁结构的动态弯曲特性 |
2.6 静电驱动悬臂梁动态弯曲特性模型 |
2.6.1 静电驱动悬臂梁结构的驱动时间 |
2.6.2 悬臂梁结构动态弯曲特性 |
2.7 热驱动V型梁动态弯曲特性模型 |
2.7.1 热驱动V型梁结构的驱动时间 |
2.7.2 V型梁结构的动态弯曲特性 |
2.8 本章小结 |
第三章 典型MEMS膜/梁结构的设计与仿真 |
3.1 静电驱动双端固支梁结构的设计与仿真 |
3.1.1 静电驱动双端固支梁结构的力学弯曲特性仿真 |
3.1.2 静电驱动双端固支梁结构的微波弯曲特性仿真 |
3.1.3 静电驱动双端固支梁结构的动态弯曲特性仿真 |
3.2 静电驱动悬臂梁结构的设计与仿真 |
3.2.1 静电驱动悬臂梁结构的力学弯曲特性仿真 |
3.2.2 静电驱动悬臂梁结构的微波弯曲特性仿真 |
3.2.3 静电驱动悬臂梁结构的动态弯曲特性仿真 |
3.3 热驱动V型梁结构的设计与仿真 |
3.3.1 热驱动V型梁结构的力学弯曲特性仿真 |
3.3.2 热驱动V型梁结构的动态弯曲特性仿真 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于LCP衬底加工工艺的典型RF MEMS膜梁结构的制备与表征 |
4.1 MEMS膜/梁结构工艺流程 |
4.1.1 静电驱动双端固支梁/悬臂梁结构工艺流程 |
4.1.2 热驱动V型梁结构工艺流程 |
4.2 MEMS膜/梁结构版图设计 |
4.2.1 静电驱动双端固支梁/悬臂梁结构工艺版图设计 |
4.2.2 热驱动V型梁结构工艺版图设计 |
4.3 MEMS膜/梁结构制备结果 |
4.3.1 静电驱动双端固支梁结构制备结果 |
4.3.2 静电驱动悬臂梁结构制备结果 |
4.3.3 热驱动V型梁结构制备结果 |
4.4 柔性衬底弯曲条件下MEMS膜/梁结构弯曲特性的测试结果 |
4.4.1 静电驱动双端固支梁/悬臂梁结构测试结果 |
4.4.2 热驱动V型梁结构测试结果 |
4.5 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 论文总结 |
5.2 课题展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文与申请的专利 |
四、一种新型微机械硅弹簧的设计与制作(论文参考文献)
- [1]基于新型触发装置和跌倒预警算法的髋部自动防护系统研究[D]. 王光辉. 吉林大学, 2021(01)
- [2]MEMS类蛛网状盘式谐振陀螺结构设计研究[D]. 樊波. 苏州大学, 2020(06)
- [3]抗过载双质量块微机械陀螺结构设计与分析[D]. 王子. 中北大学, 2020(12)
- [4]隧穿型石墨烯MEMS加速度计研究[D]. 严与星. 哈尔滨工业大学, 2020
- [5]三维MEMS声发射传感器的传感机理及其关键技术研究[D]. 夏称阳. 江苏科技大学, 2020(03)
- [6]微型谐振传感器非线性动力学特性研究[D]. 付晓瑞. 燕山大学, 2020
- [7]基于柔性基板的高性能高可靠性RF MEMS器件研究[D]. 秦瑞洁. 东南大学, 2020(01)
- [8]小功率电源微型开关动态控制技术[D]. 刘向磊. 南京理工大学, 2019(01)
- [9]分数阶Sigma-Delta调制器设计和实现[D]. 徐驰. 北京化工大学, 2019(06)
- [10]典型MEMS膜/梁结构的RF MEMS柔性器件弯曲特性的研究[D]. 于洋. 东南大学, 2019(06)