硅微諧振式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、硅微諧振式加速度計(jì)將被測(cè)加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為諧振器頻率的變化，直接輸出數(shù)字信號(hào)，具有很高的靈敏度和分辨率，是一種具有潛在高精度特性的微型加速度計(jì)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防軍事等領(lǐng)域有著重要的使用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。論文圍繞硅微諧振式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開，從理論分析出發(fā)，借助ANSYS有限元分析軟件，設(shè)計(jì)了一種不等基頻硅微諧振式加速度計(jì)。
　　論文的研究工作主要包括以下內(nèi)容:
　　(1)介紹硅微諧振式加速度計(jì)的工作原理，建立硅微諧振式

2、加速度計(jì)的力學(xué)模型;詳細(xì)推導(dǎo)并給出諧振梁的諧振頻率和標(biāo)度因數(shù)的計(jì)算公式;其次進(jìn)行非線性分析，推導(dǎo)出標(biāo)度因數(shù)非線性，并分析由諧振器的振幅和梳齒靜電驅(qū)動(dòng)力引起的硅微諧振式加速度計(jì)的非線性特性，給出振動(dòng)幅度與諧振頻率關(guān)系的表達(dá)式。
　　(2)完成硅微諧振式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先是設(shè)計(jì)諧振器結(jié)構(gòu)，確定敏感元件的具體形式，諧振梁的具體尺寸，驅(qū)動(dòng)方式與檢測(cè)方式等;其次是設(shè)計(jì)杠桿結(jié)構(gòu)，選取合適的杠桿結(jié)構(gòu)形式，對(duì)放大倍數(shù)進(jìn)行理論分析和仿真分析;

3、在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提出一種不等基頻硅微諧振式加速度計(jì)，可以在全量程范圍內(nèi)消除模態(tài)耦合的影響。
　　(3)利用ANSYS軟件對(duì)硅微諧振式加速度計(jì)的應(yīng)力場(chǎng)和諧響應(yīng)特性進(jìn)行相關(guān)仿真，包括重力作用下的應(yīng)力、諧響應(yīng)、沖擊應(yīng)力和熱應(yīng)力的仿真，以此驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性。
　　(4)介紹DDSOG加工工藝，繪制結(jié)構(gòu)加工的版圖，并對(duì)硅微諧振式加速度計(jì)的表頭進(jìn)行測(cè)試工作。大氣下開環(huán)測(cè)試結(jié)果表明，前一圓片表頭的上諧振器的空載諧振頻率為47kHz，下