新型MEMS地震检波器的研究.pdf

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1、2010年第29卷第8期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)29新型MEMS地震检波器的研究谌贵辉，赵万明，任诚，席建中(西南石油大学电子信息工程学院。四川成都6105oo)摘要：以MEMS加速度传感器为基础的新型地震检波器大幅度提高了地震检波器的各项性能指标。介绍了一种新型的石油勘探MEMS地震检波器的设计及其主要技术参数，并通过微传感器结构的力学性能仿真，得出其具体的结构尺寸。经采用表面工艺和体工艺相结合的方法，利用磁控溅射、光刻、化学蚀刻及等离子体蚀刻等工艺，在高阻硅上制备出检波器样品。关键词：微机电系统；加速度

2、传感器；地震检波器；仿真中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)08--0029-02Research0fInewWseilsmilcCReoophoneb13asedOnMEMSCHENGui—hui，ZHAOWan—ming，RENCheng，XIJian—zhong(SchoolofElectronicsInformationEngineering，SouthwestPetroleumUniversity，Chengdu610500，China)Abstract：Comparedwiththepreviousones，anew-t

3、ypeseismicgeophonebasedonMEMSaccelerationsensoFshasgreatlyimproveditsperformance．ThestructurecharacteristicsandmaintechnicalparametersofthenewtypeMEMSseismicgeophoneforoilexplorationisintroduced，howthespecificsizeofstructureofthenew—typeseismicgeophoneisachievedthroughmechanicalpropertysi

4、mulationofthestructureofmicro—sensor．AsampleMEMSseismicgeophonehavebeenfabricatedonthehigh—resistancesiliconwaferthroughthecombinationtechniquesofthesurfacemachiningandthebulkmachiningbyusingmagnetronsputtering，photolithography，chemicaletchingandplasmaetchingandSOon．Keywords：MEMS；accelera

5、tionsensor；seismicgeophone；simulation0引言随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，用于石油勘探的数字地震仪器、计算机以及信号处理手段已经达到很先进的水平，但地震信号传感器一检波器却仍然沿用传统的、老式的动圈式机电感应传感器。而高精度，高分辨率的精细石油地震勘探，要求采集的数据必须能达到高分辨能力、高信噪比、高保真度、高清晰度、高精确度和高可信度。只有采集到的数据达到上述“六高”的要求，才能实现图1新型MEMS地震检波器真正的高分辨率数据处理，用地震勘探技术解决复杂地质Fig1New-typeofMEMSseismicgeophone目标

6、的能力才能得到加强，而作为地震数据采集的地震检微传感器采用电容式加速度传感器，敏感加速度质量波器，就必须具有高灵敏度，高分辨率，低失真度的性块上溅射金属良导体附着在悬臂硅梁上作为活动电极，并能’。夹在2个固定电极之间，组成一个差动平板电容器。当有本文研制一种以基于MEMS伺服式加速度传感器为核加速度n作用时，活动极板将产生偏离中间位置的位移，引心，并与C／V转换电路，前置放大电路，A／D转换电路集成起电容AC变化，变化量由开关一电容检测电路检测并放大为一体，多选择输出(模拟量、数字量)的新型地震检波器，输出，再由脉冲宽度调制器感知且产生2个调制信号和对于降低勘探、开发风险

7、和提高油藏采收率有着重要意义。，并反馈到电容器的活动和固定电极上，引起一个与偏离1总体设计位移成正比且总是阻止活动极板偏离中间位置的静电新型高精度MEMS地震检波器的原理如图l所示。力，这就构成了脉宽调制的静电伺服系统。脉冲宽度正比收稿日期：2009-12-02传感器与微系统第29卷于加速度a，经过低通滤波器的脉冲宽度调制信号类比2．3最小分辨率于传感器的输出电压，实现了通过脉冲宽度测量加速度开环时，，m=，其中，a为输入加速度，m为质量no块质量，K为梁的刚度。结合电容相对变化量为2微结构基本参数CAc。=-2【+c，。+-