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MEMS悬臂梁磁场传感器与谐振悬臂梁电磁驱动技术

作　者: 刘剑
导　师: 李昕欣
学　校: 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 悬臂梁 压阻检测 静磁力驱动 自标定 AGC 谐振器 闭环电路
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 408次
引　用: 2次
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内容摘要


本论文分为四个章节。第一章是MEMS综述和对本论文工作的引出，第二章提出并论述了一种可以实现片上自标定功能的MEMS悬臂梁磁测量传感器的设计、制造和性能测试。第三章论述了动态谐振式MEMS悬臂梁传感器电磁驱动技术，研制了一种基于AGC的谐振驱动接口电路，文中给出了它的设计、制作和性能测试。 在第一章，本文介绍了该磁场测量传感器的研究背景和目前应用和研究中的各种MEMN磁场测量传感器的基本原理和分类。系统的论述了MEMS悬臂梁磁场传感器的工作机制。 第二章在，提出了一种具有片上自我标定功能的压阻MEMS悬臂梁磁场传感器。该传感器在悬臂梁前端集成了磁化的镍材料，因此在外界磁场作用下可以由磁力驱动悬臂梁的挠曲，采用悬臂梁末端集成在单一的芯片上的压阻进行检测，并且利用在芯片上集成的驱动线圈可以实现对悬臂梁上的镍进行剩磁检测，从而实现传感器测量的自标定。在大气条件下，传感器可以达到2.7313μT的测量灵敏度。同时文中也提出了进一步改进和提高要做的工作。 在第三章，分析了谐振式悬臂梁高灵敏度微传感器的力学和电学等效模型以及基于巴克豪森振荡准则的闭环谐振条件，提出了一种适合洛伦兹力驱动的，AGC式对硅压阻悬臂梁的谐振闭环电路，对驱动电路结构进行了系统和分级的系统分析。根据研制的闭环电路对硅压阻悬臂梁传感器进行了闭环检测和实验，给出了传感器电路对应的频率稳定度。闭环测试可以达到小于1Hz的闭环稳定度，对于传感器相当于达到了0.3pg的质量分辨率。在章末提出了改进和需要进一步做的工作。 在第四章，对本文工作进行了总结。

全文目录


中文摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章 绪论  7-25
  1.1 引言  7-9
    1.1.1 MEMS概述  7-9
    1.1.2 传感器概述  9
  1.2 磁检测传感器概述  9-19
    1.2.1 检测机制  10-11
    1.2.2 不同磁传感器的比较  11-14
    1.2.3 MEMS磁传感器类型  14-18
    1.2.4 磁测量传感器的应用和前景  18-19
  1.3 谐振式传感器接口电路概述  19-23
    1.3.1 开环检测和闭环检测  21
    1.3.2 谐振电路  21-22
    1.3.3 谐振传感器的AGC电路  22-23
  1.4 本文所做的工作  23-25
第二章 片上可标定的MEMS悬臂梁传感器  25-53
  2.1 器件设计及模拟  25-30
    2.1.1 传感器的设计原理  25-27
    2.1.2 传感器的自校准原理  27-29
    2.1.3 传感器的设计指标  29-30
    2.1.4 传感器的模拟  30
  2.2 传感器制作工艺  30-39
    2.2.1 工艺流程  30-32
    2.2.2 结构流程图  32-36
    2.2.3 翘曲现象与残余应力研究  36-39
  2.3 静态磁检测传感器的信号检测分析  39-51
    2.3.1 测试目的  39-40
    2.3.2 测试流程说明  40
    2.3.3 传感器测试分析  40-51
    2.3.4 分析总结及意义  51
  2.4 今后的工作  51-53
第三章 谐振式传感器闭环接口电路设计和测试  53-78
  3.1 谐振式传感器与自激振荡工作原理  53-56
    3.1.1 谐振式传感器的频率依赖特性  53-54
    3.1.2 谐振式传感器电路系统产生自激振荡激励的原理  54-56
  3.2 AGC电路模块分析  56-73
    3.2.1 传感器与AGC电路的结构框图  56
    3.2.2 AGC的闭环起振原理  56-58
    3.2.3 传感器电路分析和讨论  58-73
  3.3 谐振式传感器使用AGC闭环电路的测试结果  73-76
    3.3.1 传感器简介  73-74
    3.3.2 开环测试悬臂梁工作状态  74
    3.3.3 闭环测试悬臂梁状态  74-76
  3.4 今后的工作  76-78
第四章 本文的工作总结  78-79
参考文献  79-84
致谢  84-85
个人简历  85
硕士期间发表的论文  85-86
学位论文独创性声明  86
学位论文使用授权声明  86

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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