免费论文：硅微谐振梁传感器非线性振动特性研究

梁是谐振式传感器中一类重要的谐振敏感元件，硅微机械加工工艺使梁的特征尺寸减小至微米量级，然而梁的振幅一般不能等比例减小，否则梁的微弱振动信号很难检测，因此硅微谐振梁通常以较大幅度振动，具有明显的振动非线性。本文主要研究硅微谐振梁的电热激励特性、振动非线性的影响因素和影响规律、以及减小非线性振动引起的传感器测量误差的方法。论文完成的主要工作有：在硅微谐振梁电热激励特性方面：1．给出了从热激励功率至谐振梁振动位移的传输特性，根据传输特性分析了激振电阻位置对谐振梁的电热激励效率和闭环系统的影响，以及热激励环节相移对传感器测量精度的影响；2．分析了动态热功率引起的谐振梁轴向温升，揭示了谐振梁轴向动态温升引起的热应力对谐振梁的电热参数激励效应，电热参数激励在闭环系统控制下可使谐振梁处于参数谐振状态，谐振梁振幅增大，进一步增强谐振梁的振动非线性。在硅微谐振梁传感器振动非线性影响因素和影响规律方面：1．提出了用于定量描述梁谐振子非线性振动强弱的弯曲系数的概念，并通过不同工作条件下对弯曲系数的测定得出了电热激励热效应、被测量等因素对非线性振动的影响规律；根据振动稳定性分析得出了适用于电热激励谐振梁的频率响应跳变判别标准。2．得出了非线性振动引起的谐振式传感器自激闭环、锁相闭环、锁幅闭环以及间歇激励闭环系统的测量误差，为减小非线性振动对传感器测量精度的影响提供了依据。在减小非线性振动引起的传感器测量误差方面：提出一种谐振梁压力传感器非线性振动误差的差动补偿方法，重点分析了被测压力对补偿效果的影响规律，理论计算表明0~1 标准大气压内可消除80%以上的非线性振动误差，补偿方法的有效性得到了实验验证。

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