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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
微机电系统（Micro-electromechanical systems, MEMS）在工业、农业、军事、生物以及航空航天等领域具有广阔的应用前景，它具有功耗低、尺寸小、高集成度等优点。作为MEMS最重要研究方向之一，微机械加速度计一直是其研究热点。加速度传感器依据敏感机理可分为电容式、谐振式、压电式等。相对于其它几种形式的传感器，谐振式微机械加速度传感器具有准数字输出、性能稳定、测试精度高等优点，成为目前研究热点之一。 本文介绍了一种基于E型圆膜片的谐振式微机械梁式加速度计。该传感器采用E型圆膜片作为一级敏感元件，其二级敏感元件是通过MEMS工艺装配在其上面的谐振梁。论文所做主要工作如下： 首先，论文详细介绍了微机电系统的研究背景，包括MEMS的优点、国内外研究现状以及未来研究展望等。在此基础上，对微机械加速度传感器的工作机理、分类、优缺点等进行了详细分析，提出了谐振式硅微机械加速度传感器的设计思想。 其次，论文设计了一种E型微机械加速度传感器。在对其工作原理分析的基础上，对传感器膜片由于加速度施加导致的应力分布、谐振梁应力分布进行了理论分析。同时，采用能量法，建立了谐振梁的有限元模型，获得了谐振梁刚度矩阵方程。 第三，建立了传感器谐振梁谐振频率与加速度载荷之间的关系模型并采用有限元法对理论正确性进行了仿真计算。同时，对谐振梁尺寸参数变化、圆形膜片半径和厚度对传感器性能的影响，加速度载荷和谐振梁频率变化之间的关系进行了计算。在此理论基础上，获得了优化设计后的尺寸参数。 第四，对微机械加速度传感器中的计算机辅助设计技术原理、分析步骤、方法等进行了介绍。采用相关Ansys软件，对由于加速度引起的E型膜片的位移、应力分布、谐振频率变化等进行了分析。得到了比较理想结果。 第五，详细介绍了可用于对谐振式MEMS加速度传感器进行装配的微机械工艺，包括表面硅工艺、体硅工艺及LIGA工艺等。在此基础上，结合我国加工工艺现状，对上述工艺的优缺点进行了分析，最终选择了体硅工艺。然后，详细介绍了该传感器的体硅加工工艺流程。 最后，论文采用理论分析与有限元仿真相结合的方法，建立了传感器整体有限元模型。然后，给出了传感器尺寸参数的优化设计结果并得到了相关的性能参数，具体如下：E型膜片内径2.1 mm, 外径3.7 mm，厚度为30μm。谐振梁长度为520 μm，宽度为50 μm，厚度为5 μm。在(-100,+100) m/s2量程内，谐振梁1谐振频率变化范围为137010 - 146752Hz，谐振梁2谐振频率变化范围为146044 - 137770 Hz，证明了设计理论的正确性。 |
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