新型MEMS三维振动传感器的有限元分析.pdf

《新型MEMS三维振动传感器的有限元分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第26卷第4期传感技术学报V0I．26No．42013年4月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSApr．2013HniteElementAnalysisforaNewlldofMEMSThree-DimensionalVibrationSensorLIZhen，Shujuan，ZHANGGuojun'，XUEChenyang’(1．KeyLaboratoryofInstrumentationScience＆DynamicMeasurement，MinistryofEducation，Taiyuan030051，China；2．ScienceandT

2、echnologyonElectronicTest＆MeasurementLaboratoryNoahUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：Accordingtotherequirementsofmultidimensionalvibrationsensor，akindofthree．dimensionalMEMSvi．brationsensorimitatedinsectsciliumiSdeveloped．Afterdiscussingthebionicmechanismandtheoperatingprinciple．t

3、hemechanicalmodelandthefiniteelementmodelofthesensorwereestablished．Combiningtheanalysisofthestaticanddynamiccharacteristicsofthesensorwithexperinmntalverification．theresultsshowthatthesensor’Ssensitivityis274．18pN／g，andthedemensionalcouplinginterferenceislessthen0．6125％，andthemeasurementrange

4、is+25g，andtheresonance~equencyis0～2342．6Hz．Itsresistanttoimpactis100g．Keywords：vibrationsensor；MEMS；finiteelementmethod；three—demension；bionicEEACC：2330：7230；7310doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2013．04．013新型MEMS三维振动传感器的有限元分析术李振，吴淑娟，张国军，薛晨阳(1．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051；2．中北大学电子测试技术重点实验室，太原0300

5、51)摘要：针对目前多维振动传感器的需求，研制了一种基于MEMS技术的仿昆虫纤毛L二维振动传感器。首先，介绍了振动传感器的仿生机理和T作原理；然后，推导了振动传感器的力学模型并建立了有限元模型；最后，对该传感器进行了静、动态特性分析，并通过实验验证最终得该传感器的灵敏度为274．18IxV／g维间耦合小于等于0．6125％、测量范围为~25g共振频率为2342．6Hz、抗冲击能力为100g。关键词：振动传感器；MEMS；有限元法；三维；仿生中图分类号：TH825文献标识码：A文章编号：1004-1699(2013)04-0502-07振动传感器作为测试技术中的关键部件之一，工技术和

6、工艺不断更新，将微机械电子行业的优势已广泛应用于航空、航海、宇宙探索、资源探测、海洋与仿生学结合起来，使得研发单片集成的高灵敏度开发、公害检测、工业监控、农业工程、医学工程、生多维振动传感器成为可能。物工程等领域，并展现了极其广阔的前景¨。目本文以昆虫纤毛为原型，结合MEMS技术提出前，大多数振动传感器只能测量一维信息，要完成振了一种结构巧妙的MEMS纤毛式维压阻振动传源的具体定向，需对一维传感器进行组装，从而使多感器，讨论了其数学模型，并运用ANSYS维振动传感器体积较大，工艺复杂，安装精度低且成Workbenchl2．0有限元软件对传感器的静、动态特本高等，限制了振动传感器的使

7、用范围J。对于性、维间干扰及抗冲击能力等特性进行了研究，最后现有的一体化多维振动传感器，多采用压电和电容通过实验测试验证了传感器的频响范同。原理，其内部都含有一个质量快。其中压电式振动1纤毛式振动传感器的结构与工作原理传感器存在维问耦合，各方向测量结果互相影响，电容式一般只适用于二维振动测量。比较先进的光学微纤毛感受器是一种普遍存在于动物世界的机三维振动传感器则结构相对较复杂，体积大、成本械刺激感知器官。通常情况下，微纤毛感受器具有高J。随着微机械电子技术的迅速发展，