梳状谐振式磁场传感器的工作原理是什么？

3382 磁场传感器谐振式

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 基于MEMS的微型磁场传感器具有体积小、价格低、功耗小、便携等特点，是近几年来磁场传感器研究的热点。目前主要有利用永磁体受力的磁场传感器，利用洛伦兹力以及多晶硅压阻检测磁场的传感器以及R.Sunier提出的热激励、压阻检测的频率输出磁场传感器。微小磁性材料的加工和制作在工艺上较难实现。多晶硅的温漂大，且阻值与晶格有关，不易控制，对应力敏感度差，热激励稳定性差。本文提出的静电激励具有比较好的稳定性，同时频率输出易于检测。 0
2019-9-20 06:18:36　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × hwp0415229 该类别下有 6 个回答。邀请回答梦中的花不凋零该类别下有 5 个回答。邀请回答 Greatwayer 该类别下有 5 个回答。邀请回答 h1654155957.9866 该类别下有 5 个回答。邀请回答嘻嘻爱哈哈该类别下有 5 个回答。邀请回答新晴细履平沙该类别下有 5 个回答。邀请回答 xiezhe272 该类别下有 4 个回答。邀请回答 hzp_bbs 该类别下有 4 个回答。邀请回答 vynywrwr 该类别下有 4 个回答。邀请回答 Cdxxgcdx 该类别下有 4 个回答。邀请回答听你喜欢的歌该类别下有 4 个回答。邀请回答 cfdwerwer 该类别下有 4 个回答。邀请回答 fgfFsG 该类别下有 4 个回答。邀请回答 jfdgs 该类别下有 4 个回答。邀请回答 60user69 该类别下有 4 个回答。邀请回答 gan5482 该类别下有 4 个回答。邀请回答 77uwfsdf 该类别下有 4 个回答。邀请回答 vywyefswer 该类别下有 4 个回答。邀请回答 60user56 该类别下有 4 个回答。邀请回答 yisen282 该类别下有 4 个回答。邀请回答举报杨娟相关推荐 • 光电式速度传感器的工作原理是什么？ 2011 • 霍尔效应传感器是什么工作原理？ 3328 • 霍尔传感器的工作原理 3429 • 谐振式传感器是如何产生异常谐振（共振），该怎么解决？ 19002 • 磁传感器的工作原理是什么？ 2941 • 霍尔电流传感器工作原理是什么？怎么使用？ 5657 • GMR磁场传感器有什么优势？ 5358 • 非接触式位移传感器的工作原理解析 4929 • 基于DSP Builder的CIC梳状滤波器该怎么设计？ 1487 • 温度传感器工作原理是什么？ 3051 2个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 1 引言基于MEMS的微型磁场传感器具有体积小、价格低、功耗小、便携等特点，是近几年来磁场传感器研究的热点。目前主要有利用永磁体受力的磁场传感器，利用洛伦兹力以及多晶硅压阻检测磁场的传感器以及R.Sunier提出的热激励、压阻检测的频率输出磁场传感器。微小磁性材料的加工和制作在工艺上较难实现。多晶硅的温漂大，且阻值与晶格有关，不易控制，对应力敏感度差，热激励稳定性差。本文提出的静电激励具有比较好的稳定性，同时频率输出易于检测。 2 工作原理通过电容检测得到的信号处理反馈，加载到连杆上，在外界磁场中感受罗伦兹力。由于电容的变化与梳尺结构相对平衡位置的位移成比例，使得罗伦兹力与结构偏离平衡位置的位移成比例。电容检测的输出信号同时通过放大反馈回路到激励端，使振动稳定在谐振频率上。当振动稳定时，静电激励补偿系统的阻尼，系统可以由简单的运动方程来描述。此时方程中只有弹性力与罗伦兹力，而它们都与偏离平衡位置的位移成正比。式中：I为通过支撑杆中的电流；kB为磁激励增益；x为谐振器偏离平衡位置的位移；Lc为支撑梁的长度；B为磁场强度；keff为有效弹性系数；meff为有效质量；S为灵敏度。设计中激励和检测的方式分别为静电激励和电容检测。谐振器的激励静电力由梳尺结构产生，总的驱动力为式中：N为梳尺数，d为梳尺之间的间隙；H为梳尺的厚度；V0和Vd分别指加于梳尺驱动上的交流电压和直流偏置；介电常数ε为8.85×10-12。检测的电流为

2019-9-20 15:56:42 评论举报王明

答案对人有帮助，有参考价值 0 3 结构设计谐振结构见图1，传感器参数见表1。图1中所示浅色为多晶硅，深色为锚区。A为激励端，通过在固定端加上交变的电压使结构振动。B为检测端，检测电容变化。C为罗伦兹力感应端，在长杆的两端加上一个极性相反，数值相同的电压，在长杆上形成电流，在磁场中感受罗伦兹力F=BIL，其中B为磁场在垂直于纸面方向的分量，L为支撑梁的长度。杆中间处的电势为零，因此与杆中部相连的可动部分的电势为零。 4 特性分析 4.1 振动分析由于结构受力的对称性，连杆的形变与两个支撑梁的形变相差一个数量级以上，因此可以近似将连杆看成无纵向形变，这时可将该结构视为单自由度系统。支撑梁不包含阻尼项的运动方程式中：I为转动惯量；E为杨式模量；ρ为多晶硅密度；A为梁的横截面积；ω为梁在Y方向的弯曲。等效刚度：将结构分成两根支撑梁和中间的连杆三部分，其中梳尺状结构集中到连杆的中部，该三部分串联。由于连杆X方向的刚度远大于支撑梁，可以忽略。由于位移相对梁的宽度较小，振动可看成线性振动，刚度为定值。式中：k1，k3为两根支撑梁的刚度；k2为连杆的刚度；b为支撑梁的宽度；h为支撑梁的厚度；L为支撑梁的长度，将数值代人得keff=6.6×102N／m。通过图2模拟可以看出，连杆的纵向变形可以忽略，采用能量法计算等效质量其中：ω1(x，t)，ω2(x，t)为两个支撑梁的弯曲函数且它们相同；m1为中间连杆与梳尺驱动结构的总质量；mz为梳尺的总质量，系数0.4由文献[4]得到。图3给出了本征频率与支撑梁宽度关系的理论计算结果和ANSYS模拟结果，可以看出二者符合较好。 4.2 品质因数Q 影响梳状谐振器运动的空气阻尼效应主要是滑膜阻尼。它主要源于受到拖拽黏滞的空气膜与周围空气之间的速度梯度。Stokes流产生的滑膜阻尼近似给出式中：μ是空气黏滞系数；u(0)为刚体板的运动速度；A为刚体板的向积；δ为有效衰减距离。梳状谐振器在X向振动时，空气阻尼来自于中心刚体板，上层空气的Stokes流、中心刚体板与衬底间以及动静梳齿侧面间空气的的黏滞效应。综合以上各项因素，梳状谐振器的等效阻尼力可表示为式中：Aeff为振子的有效面积，这里为两根支撑梁、连杆以及连接两部分梳尺的横杆的面积；Acs为梳尺总的侧面积，振子的特征尺寸leff约为连杆长度的一半；d为叉指问隙；g为结构层与衬底的间距；ξ为阻尼系数；δ为有效衰减距离。对于单自由度系统分析上式可知增大叉指间隙和结构层与衬底的间距，减少梳尺横杆的面积和梳尺总的侧面积可以增大Q值。 4.3 灵敏度分析当支撑杆的电流为5 mA，梳尺位移为0.1μm，将公式(3)，(2)带入式(1)中，可以求得灵敏度为3.566 kHz／T。通过灵敏度公式可以看出，降低结构的刚度可以有效地提高灵敏度。在该结构中，主要决定因素为支撑梁的长度和宽度。因为这两个参数与刚度成三次方的关系，远比有效质量变化快，可通过降低支撑梁的宽度和增加支撑梁的长度迅速提高灵敏度。其他尺寸不变，当支撑梁的长度增加到400 μm时，灵敏度可以达到258 kHz／T。本文摘自《微纳电子技术》

2019-9-20 15:56:48 评论举报魏霖