论文总字数：24176字

摘 要

谐振式传感器在很多领域都有着很广泛的应用，其利用被测量改变时谐振仪器固有频率的改变来进行测量，而其工作性能则是用Q值的大小来评定，影响Q值最关键的因素是谐振器工作过程中的能量耗散，所以需要设计隔离结构来阻隔能量耗散。本设计主要利用了加入平台的防振原理来进行石英振梁加速度计的防振结构设计，并简单讨论了其工作过程中产生能量耗散的因素，最后，利用ANSYS有限元仿真软件，针对初步的设计结构进行模态分析，包括隔离框谐振以及内外部件的振幅比较，得到最优的结构设计。并对石英振梁加速度计的未来的应用和发展进行展望。

关键词： 石英振梁加速度计，防振原理，振动隔离设计，ANSYS有限元仿真

Study on anti-vibration mechnism for microsensors

Abstract

Resonant sensors have a very wide range of applications in many fields, which work with the changing of its natural frequency of resonance , and its performance is measured by Q value.The value of Q is mostly affected by energy dissipation, so we need to design isolation structure used to separate the energy dissipation. This design mainly use the platform to join the anti vibration principle of quartz vibrating beam accelerometer, and briefly discusses the factors of energy dissipation in the process of working. Finally, using the ANSYS finite element simulation software, modal analysis for the preliminary design of the structure of, including isolation frame resonance and internal and external components of amplitude which obtained, and the optimal structure design. And prospect for the future of its application and development of quartz vibrating beam accelerometer.

Key Words: quartz vibrating beam accelerometer,design of anti-vibration, isolation of vibration,finite element analysis

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文研究目的和研究内容 1

1.4 论文结构安排 2

第二章 谐振式传感器及其能量耗散 3

2.1谐振式传感器工作原理 3

2.2谐振式传感器类型 3

2.3谐振式传感器特性 3

2.4谐振式传感器能量耗散 4

2.5本章小结 5

第三章 石英振梁加速度计概述 6

3.1石英振梁加速度计简介 6

3.2石英振梁加速度计工作原理 6

3.3石英振梁加速度计关键技术 6

3.4石英振梁加速度计常见结构 7

3.4.1双梁结构 7

3.4.2单梁结构 8

3.5 本章小结 9

第四章 隔振理论和加速度计隔振结构设计 10

4.1机械隔振原理 10

4.2 机械滤波 12

4.2.1机械滤波简介 12

4.2.2机械滤波器的结构 13

4.2.3机械滤波器工作特性 13

4.2.4寄生响应和微音效应以及抗振动和冲击  14

4.3隔振设计 14

4.4本章小结 15

第五章 石英振梁加速度计隔振设计的ANSYS仿真 16

5.1有限元分析法理论 16

5.1.1 有限元法简介 16

5.1.2 ANSYS软件简介 16

5.2 ANSYS建模 17

5.2.1 加速度计实体建模 17

5.2.2 加速度计模型材料和单元定义 19

5.2.3 加速度计模型网格划分 19

5.2.4 加速度计隔振模型模态分析 20

5.3仿真步骤与数据分析 20

5.3.1仿真步骤 20

5.3.2 仿真结果和数据分析 21

5.4本章小结 24

第六章 隔振评价和总结展望 25

6.1 隔振设计评价 25

6.2 课题论文总结 25

6.3 局限性和思考 26

6.4 展望 27

致谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1 前言

MEMS微传感器作为一种新一代的传感器器件，在医疗，汽车，家居，制造，航天等各个领域都得到了广泛的运用。可以说，现代生活里处处都有它的身影。而谐振式传感器作为其中的一个重要分支，其性能的改进和品质的提高也是传感器领域的重要课题。由于谐振式传感器是依靠在被测量下自身固有频率的改变来进行测量的，所以为了获得高Q值的谐振式传感器，需要对其能量耗散情况做一个全面的了解，在此基础上设计一个机械结构，能够对谐振式传感器的能量耗散起阻隔作用，这样，将获得高性能的器件。

1.2 国内外研究现状

作为一类重要的高精尖设备，微传感器的工作性能和开发设计一直该领域的热门话题，从内部敏感元件的创新设计到封装技术的改进，围绕微传感器的工作始终没有停止，但微传感器在工作时由于受到振动的影响，其工作性能也会因次而降低，而在隔离振动领域，则是近乎一片空白，国内外专门研究微传感器隔振的寥寥无几，其隔振理论和隔振设计也是处于初期发展状态。在隔振理论研究方面，Won Yoon S等学者针对谐振式MEMS器件进行了较为全面的振动隔离研究，他们通过采用加入多级隔振平台的设计来进行谐振MEMS器件的隔振，对该方案在陀螺仪上的隔振效果做了研究，表面其隔振设计是较为有效的，且对于横竖两方向的隔离均作了结构设计，且优化了加工封装技术，而国外也有一些关于振动的研究，其过程中的能量耗散方式和基本解决方案等都有一些介绍，而本课题将在平台隔振理论的基础上对石英振梁加速度计做隔振设计，并通过仿真验证其隔振效果，从而说明机械式隔振平台结构设计的普适性。

1.3 本文研究目的和研究内容

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