Research status and development trend of micro-mechanical resonance accelerometer
-
摘要: 微机械谐振式加速度计(MMRA)是通过检测加速度施加前后谐振器谐振频率变化实现对加速度检测的。该传感器具有频率信号输出、稳定性好、灵敏度高、精度高等优点,己成为MEMS传感器的重要发展方向之一。详细讨论了微机械谐振式加速度计设计中的关键技术,难点及对应解决方案、发展趋势。其中,关键技术包括机械结构、激励与检测方式以及谐振器刚度改变方式。分析了谐振器的三种机械结构以及微杠杆工艺误差造成的不对称性;根据谐振器材料的压电特性,可将MMRA分为压电MMRA和非压电MMRA,压电MMRA的激励与检测方式都是压电激励/压电检测,非压电MMRA主要为静电激励/电容检测;讨论了轴向应力和静电刚度这两种谐振器刚度改变方式的原理和适用范围。微机械谐振式加速度计主要存在四个技术难点:机械耦合、温度特性、工艺误差、组装与封装,并针对这四点给出了相应的解决方案。集成,静电刚度,新材料,多轴以及更高的性能指标将是今后微机械谐振式加速度计的主要发展趋势。Abstract: The micro-mechanical resonance accelerometer(MMRA) is used to measure the acceleration by detecting the change of resonant frequency of the sensitive element.This kind of sensor has become one of the important development direction of micro-sensors because it has many advantages such as frequency signal output,high stability, sensitivity and precision.This paper describes the key technologies, difficulties and corresponding solutions, development trends of MMRA. The key technologies include mechanical structure, excitation and detection methods, and methods of changing the resonator stiffness. The three mechanical structures of the resonator and the asymmetry caused by the error of the micro-lever process are analyzed; according to the piezoelectric properties of the resonators materials, MMRA can be divided into piezoelectric MMRA and non-piezoelectric MMRA, piezoelectric MMRA employs piezoelectric excitation/piezoelectric detection and non-piezoelectric are mainly electrostatic excitation/capacitance detection; there are two main methods to change the stiffness of the resonator: axial stress method and electrostatic stiffness method, whose principles and scopes are analyzed and compared. Development of MMRA mainly includes four technical difficulties: mechanical coupling, temperature characteristics, process error, assembly and packaging, and the corresponding solutions are given. Integration, static stiffness, new materials, multi-axis and higher performance will be the main development trends for MMRA in the future.
-
Key words:
- micro-mechanical resonance accelerometer /
- resonator /
- resonant frequency /
- sensitivity
期刊类型引用(24)
1. 孙仕豪,郑也,于淼,李思源,曹镱,王军龙,王学锋. 基于多纵模振荡种子源的高功率窄线宽光纤激光器关键技术分析及研究现状. 中国光学(中英文). 2024(01): 38-51 . 百度学术
2. 崔国栋,赵鸿,张利明,张大勇,吕华昌. 高功率线偏振窄线宽光纤激光器TMI抑制. 激光与红外. 2024(05): 692-696 . 百度学术
3. 许阳,房强,崔雪龙,赵一柱,丁香栋,许海鑫,陈鲁兵,侯博文,史伟. 1.6 kW 8 GHz线宽线偏振窄线宽全光纤激光器. 中国激光. 2024(13): 87-94 . 百度学术
4. 龙金虎,粟荣涛,常洪祥,侯天悦,常琦,蒋敏,张嘉怡,马阎星,马鹏飞,周朴. 基于空间结构内部锁相的光纤激光相干合成技术. 强激光与粒子束. 2023(04): 101-112 . 本站查看
5. 常洪祥,粟荣涛,龙金虎,常琦,马鹏飞,马阎星,周朴. 全光纤激光阵列主动相位控制技术研究进展. 强激光与粒子束. 2023(04): 53-62 . 本站查看
6. 闫玥芳,陶汝茂,刘玙,李雨薇,张昊宇,楚秋慧,李敏,舒强,冯曦,黄文会,景峰. 基于光纤合束器件的高功率全光纤相干合成技术研究进展与展望. 强激光与粒子束. 2023(04): 63-76 . 本站查看
7. 王勇能,李福建,饶大幸,崔勇,赵晓晖,贺瑞敬,季来林,高妍琦,隋展,陈华才. 紧凑型光谱组束系统中光纤阵列扰动对光束质量的影响分析. 中国激光. 2023(07): 204-214 . 百度学术
8. 周朴,马鹏飞,任帅,陈益沙,刘伟,姚天甫,潘志勇,陈金宝. 高功率窄线宽光纤激光的研究进展与发展趋势. 信息对抗技术. 2023(Z1): 16-36 . 百度学术
9. 常洪祥,靳凯凯,张雨秋,张嘉怡,金坤,李灿,粟荣涛,冷进勇,周朴. 基于光谱滤波的宽谱激光相干合成光程与相位同步控制研究. 光学学报. 2023(17): 189-197 . 百度学术
10. 周朴,粟荣涛,马阎星,吴坚,马鹏飞,李灿,王小林,冷进勇,张雨秋,任帅,常洪祥,龙金虎,王涛,蒋敏,李俊. 主动相位控制光纤激光相干合成技术研究. 光学学报. 2023(17): 13-40 . 百度学术
11. 杨保来,王鹏,奚小明,马鹏飞,王小林,王泽锋. LD泵浦高平均功率、高光束质量掺镱光纤激光振荡器与放大器研究进展. 光学学报. 2023(17): 150-170 . 百度学术
12. 邱樟鹏,王楠,陈子昊,李小婷,李泽标,刘建强,罗又辉,吕启涛,闫培光. 高功率连续绿光激光器的研究进展. 科学通报. 2023(34): 4618-4629 . 百度学术
13. 史伟,付士杰,盛泉,史朝督,张钧翔,张露,姚建铨. 高性能单频光纤激光器研究进展:2017-2021(特邀). 红外与激光工程. 2022(01): 65-78 . 百度学术
14. 龙润泽,张昆,张利明. 反向光纤耦合器反向隔离特性研究. 激光杂志. 2022(01): 70-73 . 百度学术
15. 韩志刚,郑云瀚,王昊业,李方欣,陈佳乐,朱日宏. 6.7 kW全国产化窄线宽三包层光纤激光器. 红外与激光工程. 2022(02): 85-93 . 百度学术
16. 杨保来 ,张汉伟 ,王鹏 ,奚小明 ,王小林 ,许晓军 ,陈金宝 . 单端泵浦光纤放大器获得4 kW单模窄谱激光输出. 强激光与粒子束. 2022(04): 8-9 . 本站查看
17. 程鑫,姜华卫,冯衍. 高功率单频掺铒光纤激光技术研究进展(特邀). 红外与激光工程. 2022(06): 99-110 . 百度学术
18. 阳求柏,沈辉,张磊,李秋瑞,于春雷,漆云凤,胡丽丽. 面向高功率窄线宽激光应用的掺镱石英玻璃光纤研究进展. 激光与光电子学进展. 2022(15): 90-102 . 百度学术
19. 袁纬仪,付敏,李智贤,王泽锋,陈子伦. 一体化光纤滤除器和端帽实现20 kW激光输出. 强激光与粒子束. 2022(11): 5-6 . 本站查看
20. 张建心,杜飞,孙海竹,刘佳玉,李森森,樊心民. 波导激光器的研究进展与展望. 光电技术应用. 2022(06): 28-32 . 百度学术
21. 周朴,粟荣涛,马阎星,马鹏飞,吴坚,李灿,姜曼. 激光相干合成的研究进展:2011—2020. 中国激光. 2021(04): 31-58 . 百度学术
22. 安毅,潘志勇,杨欢,黄良金,马鹏飞,闫志平,姜宗福,周朴. 国产长锥形光纤实现400W单频单模激光输出. 物理学报. 2021(20): 86-92 . 百度学术
23. 盛泉,王盟,史朝督,田浩,张钧翔,刘俊杰,史伟,姚建铨. 基于锯齿波脉冲抑制自相位调制的高功率窄线宽单频脉冲光纤激光放大器. 物理学报. 2021(21): 124-130 . 百度学术
24. 周朴,冷进勇,肖虎,马鹏飞,许将明,刘伟,姚天甫,张汉伟,黄良金,潘志勇. 高平均功率光纤激光的研究进展与发展趋势. 中国激光. 2021(20): 7-32 . 百度学术
其他类型引用(10)
-

计量
- 文章访问数: 2440
- HTML全文浏览量: 293
- PDF下载量: 344
- 被引次数: 34