微电子机械系统的发展与应用

在介绍了微电子机械系统的起源和特点的基础上，对微电子机械系统的加工、封装测试、及应用进行了较全面的论述，提出和展望了其广阔的发展前景。     

21世纪的关键技术—微电子机械系统

阐述了微电子机械系统的定义、内容、特点、发展现状、应用前景及其对国民经济、科学技术、国防和人民生活所具有的重要意义，介绍了目前国际上微电子机械系统所取得的成就及未来的发展趋势。     

振动式微电子机械系统的非线性动力学

让我们研究一种微电子机械系统转换陀螺仪，当测试块进行重要位移时，该支撑棵的非线性硬化特征变的更为明显。因此，该结构的谐振随着较高频率的变化而弯曲。这一特征用于简单的同步感应和驱动反应从而增加微电子机械系统陀螺仪的感应度。通过测试结构设计进入支撑揉的高失真区域，它的非线性振动在实验性和数值性上都进行了研究。一般情况下，一个简单的非线性集合参数模型时可以充分解析该陀螺仪系统的，并且通过半分析整合方法可以很快的得出该系统动力学反应的稳定和不稳定部分结构解析。     

便携式蒸汽压缩制冷系统的熵产分析

介绍了基于微电子机械系统(MEMS)所研制的便携式制冷系统, 并分析了随着制冷系统尺寸的减小系统各个部件熵产率的变化情况.尽管没有对熵产做定量评价, 但是可以得出压缩机是便携式制冷系统中最难微型化的部件, 便携式制冷系统成功运转的关键就是微型压缩机的研制, 而且必须尽量减少蒸发器的冷量损失.      

国际惯性器件发展现状和趋势

激光陀螺是当前惯性技术中的主流产品,但光纤陀螺正逐渐成熟,在部分应用中将逐步取代激光陀螺,微电子机械系统(MEMS)陀螺也逐渐在战术级应用中取代激光陀螺和光纤陀螺,这对于战术级激光陀螺和光纤陀螺来说都是极大的挑战。专家认为,将来有可能研发纳米微机电系统(NEMS)、光学NEMS甚至生物NEMS。     

微机电系统MEMS仿真与建模

微机电系统是源于微电子加工技术,融合了微机械制造、传感、致动及微控制于一体的系统。微机电系统融合了力、电、流体、光、磁、热等多个物理域,随着建模与仿真技术的迅速发展,研究有关微机电系统建模与仿真的基本理论和方法。     

航空发动机机械系统技术研究

针对航空发动机机械系统具有专业技术复杂,故障多发等特点,通过对国内外航空发动机机械系统的技术分析,阐述了传动、润滑、密封和主轴轴承4个专业的技术水平现状及未来技术发展趋势,并归纳总结了目前国内、外在航空发动机机械系统研制过程中的常规做法。认为提高从业人员技术能力,完善专业设计规范和提升机械系统技术水平是当务之急。从业人员应关注设计细节,注重经验积累,用数据说话,重视基础研究工作;同时建议积极开展国际技术合作,加强航空发动机机械系统专业技术交流。     

TiNi基形状记忆合金薄膜的相变特征研究

利用磁控溅射的方法在单晶Si和非晶SiO2基片上制备了TiNi和TiNiCu形状记忆合金薄膜,并利用示差扫描量热法和基片曲率法研究了薄膜的相变特征及应力随温度的变化.研究结果表明450℃溅射形成的记忆合金薄膜具有良好的形状记忆效应,在微电子机械系统有很好的应用前景.TiNi薄膜降温时出现R相变,因而发生两步相变,而TiNiCu薄膜中马氏体和奥氏体间直接转变.基片以及薄膜成份对相变点有很大的影响.单晶Si片作为基片时,记忆合金薄膜和基片间有很好的结合力,而SiO2作为基片时,记忆合金薄膜容易剥落.     

微机械与微/纳米科技的研究及其发展趋势

重点论述了微机械的概念、特点、研究概况和微机械的加工制造技术-微细加工技术。阐述了微机械与微／纳米科技、微电子技术之间的相互关系．分析了微机械研究的发展趋势并着重对航空航天领域内的有关研究给予展望．     

提高膜片式F-P腔光纤压力传感器灵敏度的试验研究

膜片式F-P腔光纤压力传感器是基于法布里-珀罗干涉原理,采用微电子机械系统(MEMS)技术加工而成。在实际应用中,不同的测试环境对传感器灵敏度的要求各不相同,如果针对不同灵敏度,分别采用MEMS工艺批量化生产,则会造成生产成本过高,经济化效益降低。本文利用湿法腐蚀的方法对传感器进行膜片减薄试验,在一定范围内提高了传感器的压力灵敏度,从而满足了不同的测试需求。膜片减薄后,传感器的灵敏度可达34.2 nm/kPa,压力标定曲线的线性度为0.9997,传感器的非线性误差为0.05%,能够实现0~120 kPa(绝压)范围内压力的准确测量。     

旋转调制微机电惯性系统方案研究

微机电惯性系统具备小体积优势，但现阶段系统精度仍在消费级与战术级之间。研究了旋转调制技术在微机电惯性系统中的应用，探讨了基于PCB小型化电机的微旋转方案，并开展了单轴旋转调制验证试验，以探索旋转调制技术对微机电惯性系统性能的提升作用。结果表明，在微机电陀螺精度约为2(°)/h的条件下，该方案能够实现约0.2n mile/10min的导航精度，相较于同等惯性器件条件下的捷联式系统，精度提高了不止1个数量级，证明了该方案能够有效提高微机电惯性系统的精度。     

基于微电铸工艺的摩擦接触式微型惯性开关

针对微型惯性开关闭合时间短、接触弹跳问题,设计了增强接触效果的摩擦接触式微型惯性开关。基于MEMS惯性开关工作原理,建立了开关物理模型,研究了不同类型惯性开关的闭合性能,提出了增强接触的摩擦接触方法,设计了摩擦接触式微型惯性开关的结构。为了对比接触性能,基于UV–LIGA叠层光刻和精密微电铸工艺,研制了3种不同类型的惯性开关。最后,进行落锤试验,测试结果显示:施加400g外载加速度时,刚性、柔性、摩擦接触式微型惯性开关的闭合时间分别为10μs、80μs、620μs;在惯性开关中引入摩擦电极,既能延长闭合时间,又能解决弹跳问题。研究结果表明,摩擦接触式微型惯性开关在增强接触效果方面具有很大的优越性。     

航天领域微纳米技术发展前景

介绍了微纳米技术的基本含义和国内外主要进展，讨论了该技术在航天技术领域的应用情况和发展趋势，提出了我国发展该项技术重视的主要问题。     

基于电化学沉积的高深宽比无源MEMS惯性开关的研制

基于电化学沉积技术在金属基底上制作了一种新型的无源MEMS惯性开关。针对高深宽比、细线宽微电铸用光刻胶模具制作过程中,由于SU-8胶膜严重侧蚀导致的胶膜制作困难、质量低下的问题,进行了紫外光刻试验研究。试验研究了不同曝光剂量和后烘时间对SU-8胶光刻效果的影响,优化了光刻工艺参数。采用降低曝光剂量和延长后烘时间相结合的方法解决了高深宽比、细线宽SU-8胶膜制作困难的问题,制作出高质量的微电铸用光刻胶模具。最后,在上述试验结果基础上制作了一种高深宽比、无源MEMS惯性开关。其外形尺寸为3935μm×3935μm×234μm,其中最细线宽12μm,单层最大深宽比达10∶1,多层最大深宽比达20∶1。     

微机电惯性测量元件在导航系统的应用研究

介绍了微机电(MEMS)惯性测量元件(IMU)的基本情况，总结了误差主要来源，根据公开文献介绍的性能测试参数，建立了动态误差模型，并与GPS测量的速度和位置组合，进行了导航系统的数学仿真。仿真结果表明，MEMS—IMU尚不能独立构成导航系统，但与GPS组合，则可满足低精度的导航要求。     

2021年国外惯性技术发展与回顾

对2021年IEEE惯性传感器与系统会议、MEMS国际会议、圣彼得堡组合导航会议等惯 性技术相关会议文献,以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行详细梳理。总结了光学陀 螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、原子陀螺和加速度计等惯性仪表及惯性系统的发 展现状,并对惯性技术领域的发展动向进行了剖析与展望。     

一种高精度MEMS陀螺仪g值敏感系数误差的标定方法

针对高精度MEMS陀螺仪存在g值敏感系数误差的问题,设计了一种基于16位置的g值敏感系数标定方法,并建立了相应的误差模型。实验表明,该方法能够有效地减少MEMS陀螺仪因加速度所引起的g值敏感系数误差,在经过误差补偿之后能够较好地表征出地球自转角速率,提高了MEMS陀螺仪在动态情况下的测量精度和性能,具有较好的参考和研究意义。     

基于可穿戴惯性测量的滑雪运动员姿态测量与水平评估方法

运动量化分析是科学化滑雪训练的重要发展方向,而滑雪过程中人体运动模式的数字化表达是科学量化分析的基础和依据.设计并搭建了基于可穿戴MEMS惯性测量单元的人体运动捕捉与姿态重构系统,结合人体多刚体运动模型实现了滑雪过程的人体重构,并应用于高山滑雪运动中回转动作的辅助训练.同时,针对基于多自由度模拟滑雪训练平台的室内训练场景,提出了一种适用于滑雪回转运动的数字化评估方法.该方法利用动作捕捉系统和姿态重构系统提取滑行者五种滑行特征数据,并通过与高水平运动员运动参数的相似性度量和线性拟合实现对滑雪运动员技术参数的评估,以辅助科学训练.最后在室内Olymp模拟滑雪训练台上进行实验,验证了该方法的有效性.     

2022年国外惯性技术发展与回顾

惯性技术广泛应用于海、陆、空、天各种载体的导航、定位与控制。通过对2022年的IEEE惯性传感器与系统会议、DGON惯性传感器系统会议、MEMS国际会议和圣彼得堡组合导航会议等惯性技术相关会议文献以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行的详细梳理,总结了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、加速度计以及新兴的量子惯性传感器等惯性仪表及惯性导航系统(INS)的发展现状,并对惯性技术领域的发展趋势进行了分析与展望。当前,惯性技术领域相关研究主要侧重于小型化、提高精度和降低成本等方面。其中,光学陀螺较为成熟,更为侧重于小型化相关研究;微机电陀螺正在致力于向导航级性能突破和发展;半球谐振陀螺主要着力于探索降低高端产品的制造成本。     

战术导弹用MEMS陀螺仪研制进展及关键技术

MEMS陀螺仪具有体积小、质量轻、启动快、可靠性高、价格低、易于大批量生产、能承受恶劣环境条件等突出优势,可广泛应用于防空导弹、反坦克导弹、便携式导弹、航空制导炸弹等制导武器.介绍了MEMS陀螺仪的基本原理、发展现状,分析了战术导弹对MEMS陀螺仪的应用需求,指出了MEMS陀螺仪在战术导弹型号应用中需解决微机械加工工艺、全温性能指标、复合力学环境等关键技术问题,对MEMS陀螺仪在战术导弹中的应用具有指导意义.