基于微电子机械系统的光学电流传感器原理与设计 被引量：9

1

作者 赵本刚 徐静 +2 位作者 高翔 刘玉菲 吴亚明 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第3期89-94,共6页

光学电流传感器解决了传统电流互感器的缺点,但仍然存在生产困难、性能易受环境温度影响等不足,MEMS作为一种新兴技术,可批量生产各种性能良好的微电子器件,该文提出了将MEMS技术用于检测高压交流电的光学电流传感器。高压侧的传感装置... 光学电流传感器解决了传统电流互感器的缺点,但仍然存在生产困难、性能易受环境温度影响等不足,MEMS作为一种新兴技术,可批量生产各种性能良好的微电子器件,该文提出了将MEMS技术用于检测高压交流电的光学电流传感器。高压侧的传感装置由Rogowski线圈、MEMS扭转微镜和双光纤准直器组成。文中介绍了器件的高压侧敏感原理和光学检出原理,给出了器件的结构参数条件、模态分析和温度补偿结果,并利用ANSYS与Matlab软件对器件的性能进行了仿真模拟和分析。理论结果表明：温度补偿后,温度变化±50K时测试误差为0．2%,400A、2000A电流下的灵敏度分别为0．001dB/A与0．09dB/A,说明了基于MEMS技术的光学电流传感器具有一定的研究价值。 展开更多

关键词 光学电流传感器 微电子机械系统 扭转微镜 温度补偿 耦合损耗

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微机电光学电流传感器的设计

2

作者 赵本刚 徐静 +2 位作者 高翔 刘玉菲 吴亚明 《电子元件与材料》 CAS CSCD 北大核心 2006年第12期27-30,共4页

提出了一种检测50Hz交流电的微机电光学电流传感器。通过电磁学、微机电与光学方法说明了传感器的敏感原理与光学转换原理，结合工艺条件给出了器件的设计要求，并利用matlab软件模拟分析了传感器的仿真测试结果。计算表明，器件可以测... 提出了一种检测50Hz交流电的微机电光学电流传感器。通过电磁学、微机电与光学方法说明了传感器的敏感原理与光学转换原理，结合工艺条件给出了器件的设计要求，并利用matlab软件模拟分析了传感器的仿真测试结果。计算表明，器件可以测试1～7．2kA的交流电，大电流下的灵敏度可达到0．01dB／A以上。 展开更多

关键词 电子技术 微机电系统 光学电流传感器 扭转微镜 双光纤准直器

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新型MEMS质量传感器的研究 被引量：1

3

作者 熊磊 焦继伟 +2 位作者 葛道晗 宓斌伟 张轩雄 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2011年第8期1-3,16,共4页

研究了一种新型MEMS质量传感器的设计、仿真与制造。这种用于流体中微小分子质量检测的MEMS器件,具有高度对称的中空圆盘结构,以谐振的方式工作于简并/解并模态,能在测量时实现对环境波动的自我补偿。器件的中空腔内可以流过被测流体,... 研究了一种新型MEMS质量传感器的设计、仿真与制造。这种用于流体中微小分子质量检测的MEMS器件,具有高度对称的中空圆盘结构,以谐振的方式工作于简并/解并模态,能在测量时实现对环境波动的自我补偿。器件的中空腔内可以流过被测流体,腔外的真空环境使得圆盘谐振器受到更小的阻尼。利用ANSYS对圆盘在质量吸附前后的模态及频率分裂进行仿真,计算结果显示对质量的测量灵敏度达pg量级。采用MEMS双牺牲层工艺方法成功制作出具有双层结构的空心圆盘谐振器。 展开更多

关键词 MEMS 谐振器 质量传感器 自补偿

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新型高灵敏度GLV光学电流传感器设计与性能分析 被引量：3

4

作者 鲁亮 穆参军 +1 位作者 李四华 吴亚明 《功能材料与器件学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期39-45,共7页

本文结合GLV技术设计了一种适于检测高压交流电的新型光学电流传感器。这一设计具有温度稳定性好、大电流下灵敏度高、频率响应范围宽等特点,且测量芯片制作工艺简单、成本低廉。通过有限元分析和数值计算对器件的模态、工作性能、热膨... 本文结合GLV技术设计了一种适于检测高压交流电的新型光学电流传感器。这一设计具有温度稳定性好、大电流下灵敏度高、频率响应范围宽等特点,且测量芯片制作工艺简单、成本低廉。通过有限元分析和数值计算对器件的模态、工作性能、热膨胀特性等进行了分析模拟,结果表明:测量芯片量程达500A^2000A,并可通过改变设计参数灵活调整;一阶固有频率接近60kHz,大电流下灵敏度接近0.2dB/A,外界温度变化±50K时传感器测试误差在0.7%以内。 展开更多

关键词 光栅光阀(GLV) 光学电流传感器 双端固支梁

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一种新型数字式加速度传感器原理与设计 被引量：2

5

作者 庞洁 Lukasz Pakula +2 位作者 Paddy French 杨恒 王跃林 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第9期1996-2000,共5页

建立了一种新型纯数字式加速度传感器的理论模型,通过检测吸合时间差检测加速度.该传感器不存在吸合电压的限制,避免了寄生电容的影响,其芯片面积远小于传统电容式加速度传感器;由于输出时间信号,可采用简单的纯数字接口电路检测.理论... 建立了一种新型纯数字式加速度传感器的理论模型,通过检测吸合时间差检测加速度.该传感器不存在吸合电压的限制,避免了寄生电容的影响,其芯片面积远小于传统电容式加速度传感器;由于输出时间信号,可采用简单的纯数字接口电路检测.理论分析表明,质量块在两个检测电极之间的吸合时间差ΔT与加速度成正比关系,通过检测ΔT的变化即可检测加速度,其灵敏度、非线性与传统电容式加速度传感器相当.设计了一个悬臂梁-质量块结构的加速度传感器,芯片有效面积仅为0.03mm2,模拟结果显示,工作电压为8V,加速度为1gn时,吸合时间的变化ΔT为1.0554μs.采用TTL电路进行检测,其分辨率可以达到0.01gn,满量程±10gn工作时,非线性度为1.23%. 展开更多

关键词 加速度传感器 数字式 吸合时间 吸合电压

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硅基集成式微型平面纳米级定位平台控制 被引量：1

6

作者 王家畴 李昕欣 孙立宁 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2009年第B11期232-235,254,共5页

为了解决纳米级定位平台小型化、低能耗、定位精度高的问题,基于结构、驱动和检测一体化的设计理念,研制出了一种硅基片上集成式微型平面纳米级XY定位平台,在建立定位平台数学模型基础上,利用Matlab分析软件对定位平台开环和闭环控制特... 为了解决纳米级定位平台小型化、低能耗、定位精度高的问题,基于结构、驱动和检测一体化的设计理念,研制出了一种硅基片上集成式微型平面纳米级XY定位平台,在建立定位平台数学模型基础上,利用Matlab分析软件对定位平台开环和闭环控制特性进行了比较和仿真分析。在实际控制中,针对硅微机械加工的MEMS器件难以获取精确数学模型的不足,将单神经元算法和传统PID控制算法相结合,设计了具有自动识别被控过程参数并对控制参数进行实时自校正的单神经元自适应PID控制器,依靠平台自身集成的位移传感器实现了定位平台的位置闭环控制,实验结果表明:单神经元自适应PID控制器不仅具有结构简单、鲁棒性好等特点而且能够有效地弥补硅基定位平台由于微机械加工限制造成的机构方面不足,定位平台的动态和稳态性能良好,最大工作行程±10μm,稳定时间小于2.5 ms,重复定位精度优于24.9 nm. 展开更多

关键词 MEMS 硅基集成式定位平台 位移传感器 闭环控制 开环控制 神经元自适应PID控制

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微机械悬臂梁中的机械噪声机制分析 被引量：3

7

作者 金大重 李昕欣 +4 位作者 刘剑 于海涛 王跃林 左国民 李鹏 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期101-106,共6页

本文采用能量统计分布方法研究微机械悬臂梁的噪声模型,对热机械噪声理论模型进行了拓展和修正,使之适用于低温和高频条件.研究了温度、压力和频率对热机械噪声、温漂噪声和吸附-脱附噪声的影响.根据研究结果对静态检测悬臂梁和动态频... 本文采用能量统计分布方法研究微机械悬臂梁的噪声模型,对热机械噪声理论模型进行了拓展和修正,使之适用于低温和高频条件.研究了温度、压力和频率对热机械噪声、温漂噪声和吸附-脱附噪声的影响.根据研究结果对静态检测悬臂梁和动态频率响应悬臂梁传感器进行了具体分析.对于静态下工作的微机械悬臂梁,振幅的随机变化取决于热机械噪声.对于工作在谐振状态的微米尺度悬臂梁,在室温常压下热机械噪声是主要的噪声机制;当尺寸进一步缩小至纳米尺度时,表面效应变得显著,吸附-脱附噪声成为主要的噪声机制.基于对不同情况下噪声特性的分析,对微机械悬臂梁传感器的优化设计规则进行了探讨. 展开更多

关键词 微电子机械系统 噪声机制 微机械悬臂梁 分辨率

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芯片级多轴集成微陀螺方案对比与发展趋势分析 被引量：3

8

作者 魏雯强 鲁征浩 +3 位作者 陈方 申冲 石云波 曹慧亮 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期932-939,954,共9页

微机械陀螺仪作为检测载体角速率信息的器件,在姿态控制平台和惯性导航领域有着广泛应用。首先结合国内外发展动态及研究成果,分析了三类芯片级多轴集成微机械陀螺集成方法:三单轴陀螺正交集成法、单片单结构三轴陀螺法及单片多结构陀... 微机械陀螺仪作为检测载体角速率信息的器件,在姿态控制平台和惯性导航领域有着广泛应用。首先结合国内外发展动态及研究成果,分析了三类芯片级多轴集成微机械陀螺集成方法:三单轴陀螺正交集成法、单片单结构三轴陀螺法及单片多结构陀螺阵列法。其次,通过对当前方案的总结与分析,比较了各方案的优缺点,设计了一种频差小、抗冲击能力强的单片三轴轮环式陀螺结构。仿真实验表明该结构能承受20000 g冲击,轮结构频差为180.3 Hz,环结构频差为3 Hz。最后,分析了未来芯片级多轴集成微陀螺仪的改良方向。 展开更多

关键词 微机械陀螺仪 敏感结构 单结构三轴 正交集成 陀螺阵列

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NEMS谐振器的研究与分析 被引量：4

9

作者 宋达 刘文平 +2 位作者 李铁 李昕欣 王跃林 《电子器件》 EI CAS 2005年第1期30-34,共5页

介绍了NEMS谐振器的主要特点与性能参数。并且详细讨论了NEMS谐振器的材料、制备工艺以及激励与检测手段。同时根据结构与工作模态,分类介绍了近年来国际上出现的几种典型的NEMS谐振器。最后分析了 NEMS谐振器发展所面临的挑战,并指出N... 介绍了NEMS谐振器的主要特点与性能参数。并且详细讨论了NEMS谐振器的材料、制备工艺以及激励与检测手段。同时根据结构与工作模态,分类介绍了近年来国际上出现的几种典型的NEMS谐振器。最后分析了 NEMS谐振器发展所面临的挑战,并指出NEMS谐振器将具有良好的应用与发展前景。 展开更多

关键词 NEMS 纳米技术 谐振器

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电磁驱动电容检测微机械陀螺的设计 被引量：1

10

作者 宋朝辉 贾孟军 李昕欣 《微纳电子技术》 CAS 2003年第7期309-311,共3页

介绍了一种电磁驱动电容检测微机械陀螺的结构和工作原理。该陀螺的突出优点在于驱动和检测采用了相互独立的折叠梁和振动质量 ,故驱动和检测间的耦合大大地减小。本文从理论上分析了折叠梁结构参数对振动模态频率的影响 ,并针对初步确... 介绍了一种电磁驱动电容检测微机械陀螺的结构和工作原理。该陀螺的突出优点在于驱动和检测采用了相互独立的折叠梁和振动质量 ,故驱动和检测间的耦合大大地减小。本文从理论上分析了折叠梁结构参数对振动模态频率的影响 ,并针对初步确定的结构尺寸 ,利用COVENTERWARE软件进行了静力学和动力学分析 。 展开更多

关键词 电磁驱动 电容检测 微机械陀螺 折叠梁 有限元分析 结构 工作原理

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级联式高阶Σ△M数字式闭环微机械加速度计

11

作者 陈方 刘卫平 +1 位作者 刘礼 张勇军 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期399-403,共5页

基于Sigma-delta Modulator(Σ△M)原理的数字闭环微机械加速度计不仅实现了力反馈闭环控制,同时直接完成信号的模数转换。基于全差分式电容微加速度设计了一种2-2级联式(MASH)高阶Σ△M闭环系统——MASH_(2-2),并与传统的单环路二阶、... 基于Sigma-delta Modulator(Σ△M)原理的数字闭环微机械加速度计不仅实现了力反馈闭环控制,同时直接完成信号的模数转换。基于全差分式电容微加速度设计了一种2-2级联式(MASH)高阶Σ△M闭环系统——MASH_(2-2),并与传统的单环路二阶、四阶Σ△M闭环系统(SD2、SD4)进行了仿真分析比较,研制了原理样机。微加速度计是基于结构层厚度50mm的SOI硅片通过DRIE刻蚀、气态HF释放等一系列微加工工艺得到,系统电路以数字化方式集成在FPGA中。常压下测试结果表明,样机的灵敏度为0.876 V/g,噪声基底为-110 d B,零偏不稳定性为20mg,静态温漂为40.8mg/℃,量程为±20 g。 展开更多

关键词 Σ△M 微机械加速度计 数字闭环 模数转换 MASH_(2-2)

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高灵敏纳米金比色芯片检测乙型肝炎病毒DNA及其变异 被引量：13

12

作者 邹能利 臧玉翠 +4 位作者 毛红菊 赵国强 金庆辉 赵建龙 徐元森 《分析化学》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2012年第4期569-573,共5页

构建了新型纳米金比色芯片,利用Taq DNA连接酶的连接特异性,将其与乙型肝炎病毒DNA(HBV-DNA)靶序列完全互补杂交的捕获探针(固定在芯片上)和纳米金修饰的探针连接成一条链,从而将纳米金颗粒固定到芯片点阵上,再通过银染反应放大,形成裸... 构建了新型纳米金比色芯片,利用Taq DNA连接酶的连接特异性,将其与乙型肝炎病毒DNA(HBV-DNA)靶序列完全互补杂交的捕获探针(固定在芯片上)和纳米金修饰的探针连接成一条链,从而将纳米金颗粒固定到芯片点阵上,再通过银染反应放大,形成裸眼可见的显色信息。通过点阵的位置及灰度,即可判断HBV-DNA靶序列的单碱基突变,并得出相对定量信息。本实验对不同浓度的HBV-DNA靶序列进行了检测。结果显示:此技术对单碱基突变有很强的特异性识别能力,并且具有较高的灵敏度(约10pmol/L),在10～100pmol/L浓度范围内表现出较好的线性关系。该技术检测时间短(<1h)、操作简单、不需要特殊的检测设备,具有很好的临床应用前景。 展开更多

关键词 乙型肝炎病毒 纳米金 基因芯片 TaqDNA连接酶

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多芯片组件散热的三维有限元分析 被引量：11

13

作者 程迎军 罗乐 +1 位作者 蒋玉齐 杜茂华 《电子元件与材料》 CAS CSCD 北大核心 2004年第5期43-45,共3页

基于有限元法的数值模拟技术是多芯片组件(Multichip Module)热设计的重要工具。采用有限元软件ANSYS建立了一种用于某种特殊场合的MCM的三维热模型,对空气自然对流情况下,MCM模型的温度分布和散热状况进行了模拟计算。并定量分析了空... 基于有限元法的数值模拟技术是多芯片组件(Multichip Module)热设计的重要工具。采用有限元软件ANSYS建立了一种用于某种特殊场合的MCM的三维热模型,对空气自然对流情况下,MCM模型的温度分布和散热状况进行了模拟计算。并定量分析了空气强迫对流和热沉两种热增强手段对MCM模型温度分布和散热状况的影响。研究结果为MCM的热设计提供了重要的理论依据。 展开更多

关键词 多芯片组件 热设计 有限元法

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芯片级原子钟的气密性能分析 被引量：3

14

作者 张志强 徐静 +1 位作者 李绍良 吴亚明 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期132-139,共8页

基于相干布居囚禁(CPT)原理芯片级原子钟(CSAC)原子腔体积小、采用微电子机械系统硅-玻璃键合工艺制造,其气密性是决定CSAC寿命的关键因素。本文提出了"多层缓冲原子腔"方案大幅度提高原子腔的气密性能,从而提高CPT CSAC的稳... 基于相干布居囚禁(CPT)原理芯片级原子钟(CSAC)原子腔体积小、采用微电子机械系统硅-玻璃键合工艺制造,其气密性是决定CSAC寿命的关键因素。本文提出了"多层缓冲原子腔"方案大幅度提高原子腔的气密性能,从而提高CPT CSAC的稳定性和寿命。建立了一个"毛细管等效气流模型"模拟多层缓冲原子腔的泄漏以分析原子腔的气密性能,应用Matlab仿真对比了单层密封、多层密封、添加保护腔等不同方式下气密性能的改善幅度。仿真结果验证了"多层缓冲原子腔"在提高CPT CSAC物理系统气密性能方面的可行性和有效性,为原子腔的设计提供指导。 展开更多

关键词 芯片级原子钟 多层缓冲原子腔 气密性 毛细管等效气流模型 MATLAB仿真

原文传递

SOI基光学电流传感器的设计与仿真 被引量：1

15

作者 赵本刚 刘玉菲 +2 位作者 穆参军 徐静 吴亚明 《光电子．激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第12期1447-1452,共6页

将光纤与微电了机械系统（MEMS）技术相结合，设计了一种新颖的检测50Hz高压交流电的光学电流传感器（OCS）。用ANSYS软件分析了器件的模态、动态响应与热膨胀特性，并通过Matlab软件模拟了器件的工作性能。模拟计算表明：ANSYS与理论... 将光纤与微电了机械系统（MEMS）技术相结合，设计了一种新颖的检测50Hz高压交流电的光学电流传感器（OCS）。用ANSYS软件分析了器件的模态、动态响应与热膨胀特性，并通过Matlab软件模拟了器件的工作性能。模拟计算表明：ANSYS与理论公式得到的结果基本一致；传感器的量程为100～3600A，对于大电流下的灵敏度可达到0.02dB／A，温度变化±50K时传感器相应的测试误差为0．2％。 展开更多

关键词 微电子机械系统(MEMS) 光学电流传感器(OCS) 绝缘体上的Si(SOI) 扭转微镜 温度补偿

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Pyrex玻璃的湿法深刻蚀及表面布线工艺 被引量：6

16

作者 许晓昕 高翔 +1 位作者 徐静 吴亚明 《功能材料与器件学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期566-571,共6页

高表面质量的pyrex玻璃对提高MEMS器件尤其是光学器件性能至关重要。本文采用TiW/Au+AZ4620厚胶作为多层复合刻蚀掩模,重点研究了玻璃湿法深刻蚀工艺中提高表面质量的方法,并分析了钻蚀和表面粗糙度产生的机理。结果表明,采用TiW/Au+AZA... 高表面质量的pyrex玻璃对提高MEMS器件尤其是光学器件性能至关重要。本文采用TiW/Au+AZ4620厚胶作为多层复合刻蚀掩模,重点研究了玻璃湿法深刻蚀工艺中提高表面质量的方法,并分析了钻蚀和表面粗糙度产生的机理。结果表明,采用TiW/Au+AZA620厚胶的多层掩膜比TiW/Au掩膜能更有效地避免被保护玻璃表面产生针孔缺陷,减轻钻蚀。在纯HF中添加HCl,可以得到更光洁的刻蚀表面,当HF与HCl体积配比为10:1时,玻璃刻蚀面粗糙度由14.1nm减小为2.3nm。利用该工艺,成功实现了pyrex7740玻璃的150μm深刻蚀,保护区域的光学表面未出现钻蚀针孔等缺陷,同时完成了金属引线和对准标记的制作,为基于玻璃材料的MEMS器件制作提供了一种新的加工方法。 展开更多

关键词 微机电系统(MEMS) Pyrex玻璃 湿法刻蚀 表面质量

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