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第一章引言图１．１静电力驱动式微型夹钳“”２．电磁力驱动微型夹钳电磁力驱动微型夹钳的驱动器一般包括线圈和电磁铁等，线圈所产生的电磁场驱动电磁铁运动，推动夹钳的卡爪完成夹持动作。
这类微型夹钳的卡爪能获得较大范围的开合量，夹持动作响应快，无磨损，控制简单，但是电磁线圈的结构难于用ｌｃ工艺兼容（难于用ＩＣ工艺加工），而且体积大，无法做的很小，还不能称为微夹钳。
３．压电式微夹钳图１－２为压电式微夹钳，驱动源是压电变换器。
通过施加电压，压电变换器产生长度变化，使钳口张合。
此微夹钳具有可控输出，无摩擦，易制作等优点，但是以压电元件驱动的微夹钳受压电元件尺寸的限制，难以做得很小。
压电元件的逆压电效应产生的变形量很小，通常为几～十几微米，不能满足微尺度操作的要求。
一般采用机械增幅机构，利用杠杆原理，来放大位移。
经过二、三级的放大，可以将压电元件的变形量放大到几百微米。
机械增幅机构中多采用柔性铰链，柔性铰链适合于实现小范围偏转的支承，可以作为杠杆支点和构件间的铰接点，体积容易做得很小，无机械摩擦、无间隙。
图１．２压电式微夹钳…１８第一章引言４．形状记忆合金微夹钳上文中提到机械增幅机构，机械增幅机构中多采用柔性铰链，柔性铰链适合于实现小范围偏转的支承，可以作为杠杆支点和构件间的铰接点，体积容易做得很小，无机械摩擦、无间隙。
柔性铰链绕轴作复杂运动的有限弹性角位移时，储存了一定的弹性势能，当机械增幅机械去掉驱动力之后，机构可以靠柔性铰链的弹性能恢复处理和记忆训练后，它对原有的形状具有记忆能力。
利用这种记忆效应来夹持、释放物体，这就是形状记忆合金夹钳的基本原理。
形状记忆合金是一种功能材料，经过一定的热处理和记忆训练后，对原有的形状具有记忆能力。
利用此记忆效应来夹持，释放物体。
如图１．３所示，通过加热由形状记忆合金组成的驱动单元Ｉ，使其产生变形，引起驱动单元ＩＩ变形，从而使钳爪闭合；反之，温度下降，变形恢复，钳爪张开。
形状记忆合金具有较高机械性能，抗蚀性能好，可恢复应变量大，恢复力大，本身既是驱动材料，又是结构材料，便于实现机构的简化和小型化。
工程化硅微谐振加速度计设计与实现
高乃坤;刘福民;徐杰;高适萱;王学锋;阚宝玺
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2024(43)4
【摘要】提出一种基于MEMS敏感结构芯片与专用集成电路芯片(ASIC)集成封装的硅微谐振加速度计设计方案。
敏感结构主要包括敏感质量块、一级微杠杆放大结构和双端固定音叉谐振器。
整体结构采用左右差分对称布局,实现器件高灵敏度。
敏感结构芯片基于全硅晶圆级封装工艺,实现敏感结构芯片的低应力与批量化加工。
敏感结构芯片与ASIC芯片采用堆叠式集成封装,实现器件的小型化与低功耗。
所设计加速度计的谐振频率约为18.2 kHz,量程为±20 g_(n),标度因数为216 Hz/g_(n),标度因数稳定性为5×10^(-6),零偏稳定性为6.5μg_(n)(1σ,10 s)。
所提方案实现
了器件的小型化、低功耗与集成化。
【总页数】4页(P112-114)
【作者】高乃坤;刘福民;徐杰;高适萱;王学锋;阚宝玺
【作者单位】北京航天控制仪器研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TP212;TH89
【相关文献】
1.小型化硅微谐振式加速度计的实现与性能测试
2.高精度硅微谐振加速度计工程化设计与实现
3.基于FPGA的高精度硅微谐振加速度计数据采集与参数补偿系统设
计与实现4.硅微谐振加速度计高精度相位闭环控制系统设计与实现5.一种差分杠杆结构的硅微谐振加速度计设计与实现
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微机械电容式加速度传感器仿真分析刁爱民;杨明国;刘树勇;杨庆超;胥震【摘要】The mode frequency and measuring range both are significant for designing of micro-machined accelerometer. The natural frequency and typical modal analysis were carried out by simulation of finite element method. The series phase resonance frequency of the equivalent circuit was carried out by Multisim as well. The measuring range of the accelerometer was carried out based on the linearity.%微机械加速度传感器的检测模态特征频率和有效量程是进行传感器设计时必须要考虑的2个重要参数.文中在对传感器检测模态频率进行有限元分析的基础上,剁用电路仿真软件Multisim对传感器等效电路进行了谐振频率分析,并根据线性度指标求得了传感器的有效量程,为微机械加速度传感器的设计提供了参考.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2012(000)012【总页数】3页(P1-2,8)【关键词】微机电系统;电容传感器;Multisim;量程【作者】刁爱民;杨明国;刘树勇;杨庆超;胥震【作者单位】海军工程大学科研部,湖北武汉430033;海军驻武汉三江航空集团代表室,湖北武汉430033;海军工程大学科研部,湖北武汉430033;海军工程大学科研部,湖北武汉430033;海军工程大学科研部,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TP2120 引言基于微机电系统(Micro-electro-mechanical System，MEMS)技术的微机械加速度传感器(Micro-mechanical accelerometer，MMA)是一种重要的微惯性器件，在车辆安全、导航制导、航空航天和掌上电子产品等方面得到了广泛的应用。
阶跃响应与冲激响应实验一、实验目的1、观察和测量RLC 串联电路的阶跃响应与冲激响应的波形和有关参数，并研究其电路元件参数变化对响应状态的影响。
2、掌握有关信号时域的测量分析方法。
二、实验仪器1块2块3、数字万用表 1台4、双踪示波器 1台 三、实验原理以单位冲激信号()t δ作为激励，LTI 连续系统产生的零状态响应称为单位冲激响应，简称冲激响应，记为()h t 。
冲激响应示意图如图2-1：图2-1冲激响应示意图以单位阶跃信号()u t 作为激励，LTI 连续系统产生的零状态响应称为单位阶跃响应，简称阶跃响应，记为()g t 。
阶跃响应示意图如图2-2：t)(t δ)(t htt)(t u )(t g图2-2阶跃响应示意图阶跃激励与阶跃响应的关系简单地表示为：[])()(t u H t g = 或者 )()(t g t u →如图2-3所示为RLC 串联电路的阶跃响应与冲激响应实验电路图，其响应有以下三种状态：1、当电阻R ＞2 LC时，称过阻尼状态； 2、当电阻R = 2 LC时，称临界状态； 3、当电阻R ＜2LC时，称欠阻尼状态。
图2-3(a)阶跃响应电路连接示意图图2-3(b) 冲激响应电路连接示意图 响应的动态指标定义如下：上升时间t r ：y(t)从0到第一次达到稳态值y(∞)所需的时间。
峰值时间t p ：y(t)从0上升到ymax 所需的时间。
调节时间t s ：y(t)的振荡包络线进入到稳态值的±5%误差范围所需的时间。
最大超调量δp ：%100)()(max ⨯∞∞-=y y y p δ图2-4 响应指标示意图冲激信号是阶跃信号的导数，即⎰-=td h t g 0ττ)()(，所以对线性时不变电路冲激响应也是阶跃响应的导数。
为了便于用示波器观察响应波形，实验中用周期方波代替阶跃信号。
而用周期方波通过微分电路后得到的尖顶脉冲代替冲激信号。
四、实验步骤任务一 阶跃响应实验波形观察与参数测量设激励信号为方波，频率为500Hz 。
梳齿式电容加速度传感器的原理和性能分析微加速度传感器也称微加速度计,是用来测量微加速度的惯性传感器件,是微型惯性组合测量系统的核心器件。
可以应用于倾斜角、惯性力、冲击及振动等惯性参数的测量。
最先得到成功应用微机械电容式加速度传感器是将被测的非电量变化转换为电容量变化的一类传感器,由于它具有灵敏度高、功耗低、温度稳定性好等优点,因此广泛应用在在汽车、消费电子、航空航天、军事、工业、医疗、惯性制导等领域。
1 模型及其工作原理定齿偏置梳齿式电容加速度传感器是微机械电容式加速度传感器的最优结构,如图1 所示,敏感质量元件是一个H 形的双侧梳齿结构,敏感质量的2 n s 对检测动齿和2 n f 对加力动齿与定齿相互交错配置总体形成1 对差动检测电容C s1与C s2和1 对差动加力电容C f1与C f2..依据动力学原理,其经典力学模型可等效为如图2 所示的质量2弹簧2阻尼器力学系统。
微机械电容式加速度传感器的基本原理是基于电容变化的原理,加速度的检测是通过检测电容变化量实现的。
在差动检测电容左右两边定齿S1 、S2 分别施加一对幅值相等相位相差180°的幅值为V dir的高频正弦激励信号u s ,将输入加速度a 引起的敏感质量位移x 变为差动电容的容值发生微弱变化,输出电压u c ,通过检测电路将信号放大并解调得到输出电压。
为了形成静电力负反馈,在加力电容C f1 与C f2的固定极板上施加一对正负极性的偏置电压V ref 和- V ref ,把输出电压取样作为负反馈电压V fb叠加其上,因此施加在差动反馈加力电容上的电压分别为和。
依靠加力齿产生的静电力可平衡由于输入加速度而引起的惯性力,使敏感质量保持在平衡位置附近。
图1 梳齿式加速度传感器结构示意图图2 闭环加速度传感器的模型2 性能分析2. 1 静电力分析设A se 、A fe为检测电极与加力电极的极板等效重叠面积。
该结构受力如图3 所示。
