【摘 要】
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基于MEMS传感技术的谐振式压力传感器一直是传感器领域的研究热点。目前,随着工业技术的发展,科技社会对传感器检测精度、检测速度和灵敏度的要求快速提升,如何开发高性能的传感器成为亟待解决的问题。谐振式压力传感器具有灵敏度高、响应时间短、尺寸小、易于集成和携带方便等优点。但是,现有谐振式压力传感器的结构单一,灵敏度、精度等性能需要进一步提升。因此,本文基于耦合倍频机制,提出了一种压力感测阵列,可提高压
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基于MEMS传感技术的谐振式压力传感器一直是传感器领域的研究热点。目前,随着工业技术的发展,科技社会对传感器检测精度、检测速度和灵敏度的要求快速提升,如何开发高性能的传感器成为亟待解决的问题。谐振式压力传感器具有灵敏度高、响应时间短、尺寸小、易于集成和携带方便等优点。但是,现有谐振式压力传感器的结构单一,灵敏度、精度等性能需要进一步提升。因此,本文基于耦合倍频机制,提出了一种压力感测阵列,可提高压力检测的灵敏度。并通过理论和仿真分析,初步证明了该阵列能够同时获得待测压力的大小和位置、大小和方向,这既降低了因待测压力空间位置改变而造成的检测误差,提高了检测精度,又一定程度上使阵列实现了多参量检测,拓展了阵列的应用领域。首先,基于对阵列中各谐振子振动特性的研究,建立待测压力与阵列中谐振梁固有频率关系的数学模型。进一步分别分析了改变待测压力的位置和方向时,阵列结构的压力感测特性,并基于理论分析给出了同时获得待测压力大小和位置、大小和方向的两种方法。建立耦合倍频阵列三维模型,通过仿真分析进行结构尺寸设计。其次,通过仿真分析,初步验证了同时获得待测压力大小和位置、大小和方向两种方法的有效性。该方法不仅提高了压力检测阵列的检测精度,更在一定程度上使谐振阵列实现了多参量检测。然后提出耦合倍频阵列压力感测特性实验方案,设计压力检测实验,进行实验平台的搭建并设计制造实验样机。进行耦合倍频阵列的压力检测特性测试实验,确认了耦合倍频机制,并验证了谐振梁固有频率与待测压力之间的相关性。通过比较实验中每个单元双端固支梁与悬臂梁的固有频率变化,证明了耦合倍频机制可以在一定范围内提高压力检测的灵敏度。最后,对谐振阵列进行优化设计,进一步提高其感测性能。本文提出了一种耦合倍频阵列,并对其压力感测特性进行研究,有效提高了压力检测的灵敏度和精度,为压力高灵敏度检测的工程需求提供了选择。并且文中详细阐述了对谐振阵列的各种优化设计,在谐振式压力传感器的设计与开发方面,有着较高的参考价值。
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