真空微电子加速度传感器相关理论与实验研究

• 作 者: 杨银川
• 机 构: 重庆大学
• 出 处: 重庆大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 加速度传感器 真空微电子 闭环理论模型 场致发射 模态分析

基于MEMS技术的真空微电子加速度传感器是高精度MEMS加速度传感器的新探索，该加速度传感器具有体积小、灵敏度高、抗辐射、可批量生产等诸多优点，在交通、航空、航天、精确制导武器等领域都有广阔的应用前景。开展新型MEMS真空微电子加速度传感器相关基础理论的探索研究，具有重要的理论意义与应用背景。　　
本文在分析力平衡式真空微电子加速度传感器的结构和工作原理基础上，研究了静电力对其刚度和固有频率等特性的影响，建立了力平衡式真空微电子加速度传感器的闭环理论模型，从理论上分析了电路参数和偏置电压等对传感器性能的影响，并进行了相关实验验证。论文的主要工作如下：　　
①利用IntelliSuite软件建立力平衡式真空微电子加速度传感器惯性敏感元件的有限元模型，通过静力分析与模态分析，获得了传感器的机械刚度、固有频率等参数。　　
②分析了反馈电极之间的静电力和阴极锥尖阵列与阳极之间的静电力对传感器系统总刚度的影响，建立了力平衡式真空微电子加速度传感器的闭环理论模型。　　
③基于力平衡式真空微电子加速度传感器的闭环理论模型，分析了偏置电压对系统刚度、线性度、灵敏度等的影响，以及电路放大倍数、滤波电路积分时间常数、PD控制器微分时间常数等对传感器稳定性和动态特性的影响。　　
④进行了传感器的重力场静态实验、温度特性实验、频率特性实验和重复性实验等，对相关理论进行了验证。