MEMS高g值复合量程开关设计.pdf

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1、82传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2016年第35卷第1期DOI：10．13873／J．1000--9787(2016)01-0082-03MEMS高g值复合量程开关设计李功，焦新泉，袁强(1．中北大学仪器与电子学院，山西太原030051：2．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051)摘要：提出一种复合量程的MEMS开关，该新型MEMS高g值开关可检测高达40000g的不同离散水平的冲击值，同时，在接触式阻尼模型上

2、对不同加速度值进行分析测试。试验中，通过Hopkinson杆标定，MEMS开关最大可实现对37000g的加速度信号进行标定响应，测试的平均值与仿真相吻合，最大偏差小于5％。关键词：高g值开关；复合量程；微机电系统；加速度计中图分类号：TM56文献标识码：A文章编号：1000-9787(2016)01-0082-03DesignofMEMShigh-gvaluecompositerangeswitchLIGong，JIAOXin—quan’_。YUANQiang，(1．CollegeofInstru

3、mentsandElectronics，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China；2．KeyLaboratoryofInstrumentationScience&DynamicMeasurement，MinistryofEducation，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：ProposeamuhiscaleMEMSswitchthatthisnew—typeofMEMShigh—gva

4、lueswitchcandetectimpactvalueofdifferentlevelofdiscretewhichcanreachupto4O000g．Onthebasisofcontactdampingmodel，differentaccelerationvalueareanalyzedandtest．BytheHopkinsonbarcalibrationinexperiment，MEMSswitchcanrealizecalibrationresponseto37000gacceler

5、ationsignalatthemostextent，andaveragevalueoftestis。consistentwithsimulationvalue．themaximumdeviationislessthan5％．Keywords：high—gvalueswitch；compositerange；MEMS；aecelerometer0引言备了不同量程的MEMS高g值开关，并提出一种近接触式高g值加速度的标定测试是实现对生产出的加速度传阻尼模型算法。实验中，通过对不同g值的测试，实现了对

6、感器准确标定的关键技术，被广泛应用于国防和商业用不同g值信号的快速响应。途，而且，冲击环境中仪器设备和物理结构中的破坏、1原理与仿真断裂及碰撞中的加速度值能达到20000～60000g，MEMS1．1复合量程高g值开关设计传感器由于体积小、重量轻、精度高等被广泛应用到各个冲如图l所示，采用MEMS加速度计传感器的检测原理击、振动等恶劣环境中，成为国内外国防和民众生活中的研设计了不同量程的MEMS高g值开关，通过改变结构梁的究热点。宽度和长度以及质量块的大小来实现对不同g值的响应。基于MEMS加速度

7、计的高g值开关主要是传统的压1．2加速度检测过程电式、电容式或压阻式梁岛型结构，压电式加速度计具有响图2所示为一种典型的加速度波形，由于开关的时间应快、检测g值高等优点，但噪声大、低g值冲击失效。常数和检测宽带加速度所需要的响应时间，因此，识别出当电容式加速度汁结构简单、灵敏度高，但量程低、输出存在开关开始运动的加速度量级和当检测的接触不同时的加速延时。电阻式加速度计量程大、结构简单，但温度系数度的量级变得很重要。加速度检测过程的重点是研究两者大]。然而，目前高g值开关检测量级单一，不具备高低之间

8、的关系。g值的多路检测，不能实现对不同g值的标定和响应，为了典型的加速度剖面和用于梁动态仿真的简单近似克服上述缺陷，本文采用MEMS工艺技术，在单晶硅上制a=0厂(t)，收稿日期：2015—10—14第1期李功，等：MEMS高g值复合量程开关设83604不同g值开关云30型15050100150200250300{．，，．，．．．。．时间／ixs40(a)加速度信号输入数字处理电路宝35毫暮：30根据触发开关对应的阻飕方程插入20相应的触拨加速度‰和延时时问n。156O砻45时间／