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針對(duì)微觀性儀表技術(shù)的發(fā)展的必要性與重要性分析
由于微陀螺的輸出信號(hào)非常微弱,為了提高響應(yīng)幅值,總是希望陀螺儀工作在共振狀態(tài),且品質(zhì)因數(shù)Q的數(shù)值要足夠大。過(guò)高的驅(qū)動(dòng)頻率會(huì)使驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)的剛度值過(guò)大,從而使陀螺儀靈敏度降低。因此,從微陀螺儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度考慮,提高微陀螺儀分辨率的途徑在于提高陀螺儀的驅(qū)動(dòng)振幅和品質(zhì)因數(shù)。此外,在不影響靈敏度的前提下,適當(dāng)提高驅(qū)動(dòng)頻率也是可取的。響應(yīng)特性分析包括諧響應(yīng)分析和瞬態(tài)響應(yīng)分析。諧響應(yīng)分析是用于確定結(jié)構(gòu)在承受隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的載荷時(shí)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)。微陀螺都有驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)兩個(gè)模態(tài),一般情況下,使兩個(gè)模態(tài)的固有頻率完全一致比較困難,總存在一個(gè)差值。這就面臨著如何調(diào)整驅(qū)動(dòng)頻率,使輸出響應(yīng)達(dá)***大值的問(wèn)題。運(yùn)用有限元諧相應(yīng)分析法可以較好地解決這個(gè)問(wèn)題。瞬態(tài)響應(yīng)分析則可******陀螺儀在大加速度沖擊時(shí)的變形以及所承受的應(yīng)力情況,是研究微慣性器件抗過(guò)載特性的必要手段。硅微機(jī)械振動(dòng)陀螺儀大多采用靜電驅(qū)動(dòng)、電容檢測(cè)的方式。通過(guò)靜電場(chǎng)分析,可以分析計(jì)算靜電驅(qū)動(dòng)力矩、電容信號(hào)器的電場(chǎng)分布和阻尼孔的排列等問(wèn)題。
然后再制作電子線路,開發(fā)出了單片集成的三維MIMU.該工藝的槽深約6μm,利用該工藝,可以將傳感器結(jié)構(gòu)和電子線路集成在同一塊芯片上。但由于是采用表面微機(jī)械加工技術(shù),加工的檢測(cè)質(zhì)量的厚度都比較薄,制約了微慣性器件精度和靈敏度的提高。利用該工藝可以加工出20~30μm厚的微結(jié)構(gòu),從而使儀表的精度和靈敏度都有所提高。但由于和IC工藝不兼容,因此只能采用混合集成電路。目前國(guó)內(nèi)研制的振動(dòng)輪式硅微陀螺儀都采用這種加工工藝來(lái)制作。微慣性儀表制造工藝的一項(xiàng)主要技術(shù)是封裝技術(shù)。由于微機(jī)械陀螺儀只有工作在一定的真空度下,才能滿足性能要求。因此,如何進(jìn)行真空封裝,并保持一定的穩(wěn)定性,是微機(jī)械陀螺儀從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵工序,須***引起足夠的重視。計(jì)算機(jī)集成微制造單元目前在IC工業(yè)中,有很多CAD系統(tǒng)可用于集成電路的設(shè)計(jì),極大地提高了設(shè)計(jì)效率。但它們中的大部分卻不適用于MEMS的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。由于MEMS在結(jié)構(gòu)和制造工藝上的特殊性,需要對(duì)MEMS的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行多物理場(chǎng)的計(jì)算機(jī)輔助分析,并通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)工藝和掩膜過(guò)程進(jìn)行模擬,以使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段就能進(jìn)行方案的比較和驗(yàn)證,并充分考慮工藝的變化對(duì)器件性能的影響,在制造以前能夠充分檢驗(yàn)工藝及掩膜的有效性。
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