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地震勘探是矿产能源勘探的主要方法,实现地震勘探的主要设备是加速度传感器。随着勘探精度要求的提高以及深层地质结构的影响,传统的地震勘探用加速度传感器已无法满足应用需求。新型的微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)加速度传感器为地震勘探提供了一种新的解决方案,但是,高精度、低频的MEMS加速度传感器的关键核心技术仍由国外技术垄断,国内自主知识产权的MEMS加速度传感器由于基频较高且灵敏度不足等问题,仍无法对低频微震信号进行有效的采集和监测。本文针对国内微震监测技术中这一薄弱环节,设计了基于单晶硅的低频多弹簧悬臂结构作为MEMS加速度传感器敏感元件,论文的主要工作如下:1.提出了七个弹簧串联及合并内框架的多弹簧悬臂敏感结构。基于现有多弹簧悬臂结构和对传统加速度计中弹簧-质量块阻尼系统的理论分析,设计了整体尺寸为25 mm×25 mm的多弹簧悬臂结构,通过串联多弹簧不同力学模型分析,结合ANSYS Workbench有限元分析,对不同尺寸的多弹簧悬臂结构进行了静力学仿真分析和模态仿真分析,并依据仿真分析结果对多弹簧悬臂敏感结构的形状、弹簧个数及关键结构尺寸进行优化,确定了多弹簧悬臂敏感结构的中心质量块尺寸、与质量块两端对称分布7组串联弹簧的结构及弹簧与外框架之间的内框架结构。有限元模态分析和谐波响应分析验证了上述多弹簧悬臂敏感结构的谐振频率分别为9.9666Hz和10.5Hz。2.完成了基于深反应离子刻蚀(Deep Reactive Ion Etching,DRIE)的多弹簧悬臂敏感结构的加工。设计了DRIE加工工艺,并对其循环时间、气室压力、气体流量、气体配比等过程参数以及刻蚀次数及钝化步骤等参数进行了优化,前后经过196次DRIE循环实现了所设计结构的穿透刻蚀。3.对DRIE加工获得的多弹簧悬臂敏感结构采用扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)进行了谐振频率测试。搭建了谐振频率测试平台,采用激振器对SEM施加激励,使用SEM实时扫描不同激励下多弹簧悬臂结构的振动形态,通过分析SEM扫描的波形,获得多弹簧悬臂结构的谐振频率约为11.13 Hz。论文通过理论计算与有限元仿真确定了多弹簧悬臂结构,采用DRIE方法制备获得了所设计的结构,并通过实验验证了所设计多弹簧悬臂结构的谐振频率约为11.13 Hz。