四臂壓電式加速度計(jì)的模擬仿真與制備工藝的研究.pdf

1、壓電式加速度計(jì)是利用壓電材料作為敏感元件，把慣性力轉(zhuǎn)換成機(jī)械形變繼而轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的儀器。四臂壓電式加速度計(jì)相比較傳統(tǒng)的單臂和雙臂壓電式加速度計(jì)而言，以靈敏度高、穩(wěn)定性好、噪聲低、檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)單以及沒有能量損耗等優(yōu)點(diǎn)得到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。 本文介紹了加速度計(jì)的分類、壓電材料的基本概念、壓電式加速度計(jì)的國內(nèi)外現(xiàn)狀以及利用ANSYS軟件分析的一般步驟，使用了ANSYS軟件對(duì)四臂壓電式加速度計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的模擬仿真。在靜態(tài)分析

2、中，研究了加速度計(jì)的懸臂厚度、懸臂長度、壓電層厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)加速度計(jì)靈敏度的影響，發(fā)現(xiàn)靈敏度隨著加速計(jì)懸臂厚度的減小、長度的增加而降低，在懸臂厚度、長度等結(jié)構(gòu)參數(shù)固定的情況下，發(fā)現(xiàn)靈敏度隨著壓電層厚度的變化有個(gè)最優(yōu)值。在加速度計(jì)的動(dòng)態(tài)分析中，得出了加速度的前五階固有頻率，以及對(duì)應(yīng)于每階固有頻率的振動(dòng)形態(tài)。 除此之外，本文還對(duì)四臂壓電式加速度計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，使用凸凹式的基體表面結(jié)構(gòu)代替平坦結(jié)構(gòu)。利用ANSYS對(duì)這種凸凹基體表面的加

3、速度計(jì)進(jìn)行模擬仿真發(fā)現(xiàn)，使用這種結(jié)構(gòu)的加速度計(jì)的靈敏度可以高達(dá)0.6335 mV/g，遠(yuǎn)高于平坦基體表面加速度計(jì)的0.28195mV/g。但是，使用這種結(jié)構(gòu)會(huì)使加速度計(jì)的固有頻率有所降低，但是這種降低的幅度是很小的，只有3％左右，所以采用這種結(jié)構(gòu)是有一定的應(yīng)用參考價(jià)值的。 在制備工藝方面，本文簡(jiǎn)單介紹了MEMS加工工藝以及詳細(xì)敘述了加速度計(jì)制備所需的光刻、刻蝕、濺射等工藝。本文分別介紹了平坦基體表面加速度計(jì)和凸凹基體表面加速度

4、計(jì)的工藝流程，給出了各個(gè)光刻所需的掩膜版圖樣以及具體每個(gè)加工環(huán)節(jié)所需的參數(shù)（參考附一、附錄二）。對(duì)于凸凹基體表面的加速度計(jì)，由于其結(jié)構(gòu)特殊，使用傳統(tǒng)的體微加工很難制備，本文使用表面微加工技術(shù)，采用犧牲層的方法，可以解決這種問題。另外，本文還使用界面結(jié)構(gòu)圖的方法對(duì)加工流程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本文在工藝流程方面的分析，可以為今后類似的微硅結(jié)構(gòu)加工的研究提供有價(jià)值的參考。 本文對(duì)四臂壓電式加速度計(jì)進(jìn)行了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的分析，得出了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)