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六波腹杯形陀螺振动稳定性提升方法与导向结构设计
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作者 张桐林 石云波 +2 位作者 曹慧亮 张越 张英杰 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第2期95-99,103,共6页
陀螺在工作时,会受到由环境温度变化产生的热应力的影响,破坏谐振子的振动稳定性。本文基于应力集中理论,提出了一种新型水滴状的导向结构,通过有限元仿真,研究了六波腹杯形谐振子在不同环境温度下的热力学特性。仿真结果表明:在相同条... 陀螺在工作时,会受到由环境温度变化产生的热应力的影响,破坏谐振子的振动稳定性。本文基于应力集中理论,提出了一种新型水滴状的导向结构,通过有限元仿真,研究了六波腹杯形谐振子在不同环境温度下的热力学特性。仿真结果表明:在相同条件下,水滴形比经典的圆形导向结构对谐振子刚性轴稳定性的优化效果更佳。最后,利用温控箱对具有两种导向结构的六波腹杯形谐振子进行零偏稳定性测试,实验结果表明,具有水滴形导向结构的六波腹杯形谐振子在不同温度下具有更好的振动稳定性。 展开更多
关键词 六波腹杯形谐振子 振动稳定性 导向结构 刚性轴
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一种压阻式传感器信号调理电路的设计 被引量:2
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作者 李艳 石云波 +1 位作者 赵锐 张志峰 《工业仪表与自动化装置》 2024年第2期10-14,共5页
由于压阻式MEMS传感器输出信号极其微弱,极易受到测试环境的噪声干扰,还需要外接调理电路,为了提升信号的采集精度,提出一种压阻式传感器信号ASIC调理电路的设计方案,实现输出信号的放大、滤波功能。测试结果表明,调理电路可以在10~200... 由于压阻式MEMS传感器输出信号极其微弱,极易受到测试环境的噪声干扰,还需要外接调理电路,为了提升信号的采集精度,提出一种压阻式传感器信号ASIC调理电路的设计方案,实现输出信号的放大、滤波功能。测试结果表明,调理电路可以在10~200倍的范围内调节增益,-0.5 dB截止频率调节范围覆盖0.1~20 kHz;低频范围内,芯片的等效噪声为45 nV/√Hz。将调理电路与传感器相结合,改进的测试系统响应速度快,滤波效果更好,测试精度优于5%,传感器非线性为5.4%。同时,调理电路的大小和体积也很小,功耗低,对后续继续研究传感器测试系统有重要意义。 展开更多
关键词 压阻式 信号调理 放大 滤波 灵敏度
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光栅干涉位移传感器信息解算方法研究
3
作者 祖凯旋 赵锐 +4 位作者 石云波 张旭 陈玉楠 沈富明 刘豪 《应用光学》 CAS 北大核心 2024年第2期446-452,共7页
面向光栅干涉式位移传感器信号高精度解算的需求,提出了一种基于椭圆拟合补偿及反正切算法的位移解算改进方法。采用傅里叶变换及标准化椭圆参数拟合法对信号误差估计,通过构建线性误差补偿模型对带误差信号进行正交补偿,结合反正切算... 面向光栅干涉式位移传感器信号高精度解算的需求,提出了一种基于椭圆拟合补偿及反正切算法的位移解算改进方法。采用傅里叶变换及标准化椭圆参数拟合法对信号误差估计,通过构建线性误差补偿模型对带误差信号进行正交补偿,结合反正切算法对信号进行线性化处理,实现高精度位移解算读出。Matlab仿真结果表明,该方法对信号正交补偿效果显著,线性化处理算法解算位移最大相对误差小于0.2%。为提高光栅干涉式传感器位移解算精度提供了有效途径和方法。 展开更多
关键词 光栅 位移 正交补偿 椭圆拟合 反正切 线性化处理
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仿虾螯式抗冲击微加速度传感器设计
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作者 张旭 赵锐 +3 位作者 石云波 祖凯旋 张洁宇 闫晓朋 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期410-415,共6页
针对外弹道信息测量过程中,低量程微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)加速度传感器在上万g_n过载环境下的损坏问题,提出了一种仿虾螯式抗冲击微加速度传感器,可以实现抗过载30000g_n、量程50g_n的指标要求。有限元仿真... 针对外弹道信息测量过程中,低量程微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)加速度传感器在上万g_n过载环境下的损坏问题,提出了一种仿虾螯式抗冲击微加速度传感器,可以实现抗过载30000g_n、量程50g_n的指标要求。有限元仿真结果表明,在50g_n载荷作用下,加速度计敏感单元位移为0.99μm,灵敏度为0.124 pF/g_n;引入仿虾螯式抗冲击缓冲结构的加速度传感器在30000g_n过载作用下承受的等效应力的最大值从1022.5 MPa降低至84.326 MPa,有效地提高了该传感器件的可靠性。 展开更多
关键词 加速度计 抗冲击 电容式 低量程 仿生缓冲结构 微机电系统
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微加速度计电磁力反馈系统设计与仿真分析
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作者 沈富明 赵锐 +4 位作者 石云波 祖凯旋 刘豪 张旭 张志峰 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2024年第5期7-11,共5页
针对电容式加速度传感器的闭环控制需求,设计了一种电磁反馈系统,以满足用于惯性导航的高精度加速度传感器的需求。该系统保证了加速度传感器具有高机械灵敏度的同时,还能拓宽其量程。建立了电容式微机电系统(MEMS)加速度传感器的闭环... 针对电容式加速度传感器的闭环控制需求,设计了一种电磁反馈系统,以满足用于惯性导航的高精度加速度传感器的需求。该系统保证了加速度传感器具有高机械灵敏度的同时,还能拓宽其量程。建立了电容式微机电系统(MEMS)加速度传感器的闭环控制模型,并对电磁结构进行了有限元分析。仿真结果表明:线圈电流为277.3μA时,电磁力达到了1.509 mN。当输入反馈电压为-19.1~19.1 mV时,反馈系统能实现加速度传感器在±5g(g=9.8 m/s^(2))范围内的闭环控制。计算表明加速度传感器敏感结构的机械噪声为1.22×10^(-8)g/Hz^(1/2)。利用Simulink分析可知,在±5g范围内,电容式MEMS加速度传感器闭环控制系统的反馈电压与输入加速度具有良好的线性关系,其灵敏度为3.8 mV/g。 展开更多
关键词 加速度计 电磁力 反馈 有限元仿真 量程
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微克飞行器MEMS气动控制微系统
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作者 栗文凯 石云波 +2 位作者 赵锐 马昊天 闫晓朋 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期60-65,共6页
针对微克飞行器对毫米级的控制系统的需求,借助MEMS技术,提出一种微型化的气动控制系统。借助蠕动电极可累积作用效果的特点,使控制系统在力与体积之间达到良好的平衡,达到在小体积内获得高驱动力的目标,通过理论分析和尺寸优化完成结... 针对微克飞行器对毫米级的控制系统的需求,借助MEMS技术,提出一种微型化的气动控制系统。借助蠕动电极可累积作用效果的特点,使控制系统在力与体积之间达到良好的平衡,达到在小体积内获得高驱动力的目标,通过理论分析和尺寸优化完成结构的设计,并进行有限元仿真分析。仿真结果表示,最终设计的微系统面积为22 mm×12 mm,可以产生433 mN的驱动力,可使控制面实现偏转角在12°范围内的角度调控。 展开更多
关键词 微克飞行器 控制系统 蠕动电极 控制面 姿态角
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基于磁-加速度信号的侵彻计层方法研究
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作者 马昊天 石云波 +2 位作者 赵锐 栗文凯 闫晓朋 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期80-87,共8页
针对侵彻计层实时处理数据过程中,单独使用加速度计处理数据时信号噪声大、分离难度高,单独使用磁传感器处理数据时易受探测环境干扰的问题,提出一种加速度传感器与磁传感器结合的侵彻计层处理方法。利用加速度传感器响应时间快于磁传... 针对侵彻计层实时处理数据过程中,单独使用加速度计处理数据时信号噪声大、分离难度高,单独使用磁传感器处理数据时易受探测环境干扰的问题,提出一种加速度传感器与磁传感器结合的侵彻计层处理方法。利用加速度传感器响应时间快于磁传感器响应的现象,将加速度信号作为磁传感器信号的计时开关,并根据磁信号满足预设的阈值-脉宽信息来判断弹体该次动作是否为侵彻钢筋混凝土靶板层,完成侵彻层数过程的识别。通过建立侵彻模型,分析过载信息组成,确立刚体加速度分离方法,并通过对比加速度信号与磁信号在侵彻过程中的变化情况,分析信号峰值在侵彻过程中与靶板位置的关系,论证了探测方案的可行性。 展开更多
关键词 侵彻引信 加速度计 磁异探测 计层策略
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MEMS高g加速度传感器高过载能力的优化研究 被引量:16
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作者 石云波 李平 +2 位作者 朱正强 刘俊 张晓明 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2011年第7期271-274,共4页
设计的MEMS高g加速度传感器抗高过载能力差,将导致在冲击等恶劣环境中应用时结构易破坏。通过分析传感器结构对其抗过载能力的影响,及在高冲击测试中传感器结构损坏情况的统计,提出了一种新颖的优化高g加速度传感器抗高过载能力的方法... 设计的MEMS高g加速度传感器抗高过载能力差,将导致在冲击等恶劣环境中应用时结构易破坏。通过分析传感器结构对其抗过载能力的影响,及在高冲击测试中传感器结构损坏情况的统计,提出了一种新颖的优化高g加速度传感器抗高过载能力的方法。该方法是在结构最易断裂的梁根部和端部添加倒角,以分散在冲击作用下传感器结构这些部位受到的应力,进而提高加速度传感器的高过载能力,并从理论仿真分析了该方法的可行性。最后利用Hopkinson杆测试方法对优化前后的加速度传感器进行冲击测试,测试结果表明,加速度计的抗高过载能力从180 000 g提高到240000 g,说明该优化方法显著,明显提高了该类加速度传感器的抗高过载能力,设计的加速度传感器达到了较理想的抗高过载能力。 展开更多
关键词 MEMS高g加速度传感器 高过载 Hopkinson杆冲击测试 倒角 优化
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压阻式加速度传感器动力学响应分析与验证
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作者 张洁宇 石云波 +1 位作者 赵锐 闫晓朋 《机械设计与制造工程》 2024年第2期114-118,共5页
面向极端环境下压阻式加速度传感器的冲击动力学响应特性分析的需求,对其封装体结构建立多自由度动力学响应模型,利用矢量法并结合MATLAB软件进行数值求解,获得其敏感结构位移响应曲线,与霍普金森杆实测结果对比,表明该响应模型可有效... 面向极端环境下压阻式加速度传感器的冲击动力学响应特性分析的需求,对其封装体结构建立多自由度动力学响应模型,利用矢量法并结合MATLAB软件进行数值求解,获得其敏感结构位移响应曲线,与霍普金森杆实测结果对比,表明该响应模型可有效表征受迫振动中加速度传感器敏感结构的动力学响应过程,为MEMS高量程加速度传感器的优化设计提供理论参考。 展开更多
关键词 加速度传感器 封装体 动力学响应 多自由度
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基于FPGA与AD9786的调制解调电路的设计
10
作者 丁少轩 刘文耀 +1 位作者 石云波 刘昊东 《舰船电子工程》 2024年第2期170-174,共5页
谐振式光学陀螺因其高理论精度、小型化以及高稳定性受到了国内外的强烈关注。针对于谐振式光学陀螺检测信号微弱的特点,需要对该信号进行调制解调,以实现陀螺的稳定输出,设计了一种基于FPGA和AD9786的高精度模拟信号源,该信号以FPGA作... 谐振式光学陀螺因其高理论精度、小型化以及高稳定性受到了国内外的强烈关注。针对于谐振式光学陀螺检测信号微弱的特点,需要对该信号进行调制解调,以实现陀螺的稳定输出,设计了一种基于FPGA和AD9786的高精度模拟信号源,该信号以FPGA作为核心控制单元,AD9786作为数模转换器,实现16位的高精度DA转换,通过上位机实现指令的通信过程,可实现不同频率的交流信号。该实验结果表明,该系统符合陀螺测试系统调制解调要求,通过上位机对不同输出信号进行测试,且测试结果无纹波时输出噪声Vrms269μV,交流信号精度达到0.01%,最高频率可达到2M,稳定性高。 展开更多
关键词 陀螺 FPGA AD9786 模拟信号
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高g值加速度计的设计与冲击特性分析 被引量:15
11
作者 石云波 朱政强 +2 位作者 刘晓鹏 杜康 刘俊 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期329-332,共4页
针对特殊场合的测试需求,设计了四端全固支的高过载梁岛结构加速度计;利用Hopkinson杆冲击校准装置对该加速度计的动态特性进行了测试。测试结果表明,传感器的灵敏度为1.2μV/g,线性度5%左右;结构受到2×105g冲击后完好且输出信号正... 针对特殊场合的测试需求,设计了四端全固支的高过载梁岛结构加速度计;利用Hopkinson杆冲击校准装置对该加速度计的动态特性进行了测试。测试结果表明,传感器的灵敏度为1.2μV/g,线性度5%左右;结构受到2×105g冲击后完好且输出信号正常,能有效满足高冲击、强烈振动场合的特殊测试要求,可以应用于侵彻系统。 展开更多
关键词 爆炸力学 抗过载能力 HOPKINSON杆 高g值加速度计 梁岛结构
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微型高过载加速度传感器的加工与测试 被引量:17
12
作者 石云波 祁晓瑾 +1 位作者 刘俊 孟美玉 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期200-204,共5页
针对特殊场合的测试要求,设计了四端全固支的高过载梁岛结构加速度传感器,结构中采用在质量块背部氢氧化钾腐蚀的方法,减小质量块的质量,及其与梁中性面的相对距离,使梁岛式结构与平膜式结构的优点得到有效结合,结构加工工艺简单可行。... 针对特殊场合的测试要求,设计了四端全固支的高过载梁岛结构加速度传感器,结构中采用在质量块背部氢氧化钾腐蚀的方法,减小质量块的质量,及其与梁中性面的相对距离,使梁岛式结构与平膜式结构的优点得到有效结合,结构加工工艺简单可行。利用霍普金森冲击校准装置进行冲击加速度动态特性校准,试验结果分析表明,被测微加速度传感器的灵敏度为0.71μV/g,与理论值基本吻合。结构受到200 000g冲击后完好且输出信号正常,能有效地满足高冲击、强烈振动场合的特殊测试要求。 展开更多
关键词 高过载 加速度传感器 测试
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单片三轴大量程加速度传感器性能测试与分析 被引量:10
13
作者 石云波 赵锐 +2 位作者 唐军 刘俊 李科杰 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第9期1236-1241,共6页
对设计的单片三轴MEMS大量程加速度传感器进行了马歇特锤冲击测试和Hopkinson杆冲击校准试验,得到了三轴加速度传感器冲击过载信号及其各轴向的横向灵敏度比、线性度等关键参数。测试结果表明该三轴传感器在受到117 395.95 gn以上的冲... 对设计的单片三轴MEMS大量程加速度传感器进行了马歇特锤冲击测试和Hopkinson杆冲击校准试验,得到了三轴加速度传感器冲击过载信号及其各轴向的横向灵敏度比、线性度等关键参数。测试结果表明该三轴传感器在受到117 395.95 gn以上的冲击信号作用时,传感器各轴仍然能够正常工作;其三轴轴向灵敏度均能达到0.1μV/gn以上,各敏感轴受到轴向加速度时其线性度小于6%,轴间横向灵敏度比小于10%。 展开更多
关键词 加速度传感器 三轴 大量程 MEMS
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MEMS高G值加速度传感器设计 被引量:8
14
作者 石云波 祁晓瑾 +1 位作者 刘俊 孟美玉 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第16期4306-4309,共4页
针对特殊场合的测试需求,设计了四端全固支的高g值梁岛结构加速度传感器,结构中采用在质量块背部KOH腐蚀的方法,减轻质量块质量,且减小质量块质心与梁中心面的相对距离。利用力学计算与工艺相结合,确定了结构尺寸;通过Ansys软件对其进... 针对特殊场合的测试需求,设计了四端全固支的高g值梁岛结构加速度传感器,结构中采用在质量块背部KOH腐蚀的方法,减轻质量块质量,且减小质量块质心与梁中心面的相对距离。利用力学计算与工艺相结合,确定了结构尺寸;通过Ansys软件对其进行应力分析、模态分析,得到了结构的输出灵敏度与一阶固有频率;最后利用瞬态分析验证了该结构能够承受20,000g的瞬态冲击,符合设计要求。 展开更多
关键词 微机电系统 高G值 加速度传感器 仿真
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高量程压阻式加速度计的Hopkinson杆冲击测试及失效分析 被引量:6
15
作者 石云波 杨志才 +2 位作者 王艳阳 陈艳香 智丹 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第6期845-848,共4页
为了保证高量程加速度计在冲击过程中的可靠性、有效性,减小其失效几率,以Hopkinson杆作为加载手段,采用激光干涉法对量程为1.0′10~5 g_n的4端全固支压阻式梁-岛结构微加速度计进行冲击试验,并分析了高量程加速度计抗过载能力及在冲击... 为了保证高量程加速度计在冲击过程中的可靠性、有效性,减小其失效几率,以Hopkinson杆作为加载手段,采用激光干涉法对量程为1.0′10~5 g_n的4端全固支压阻式梁-岛结构微加速度计进行冲击试验,并分析了高量程加速度计抗过载能力及在冲击环境下失效模式和失效机理。试验中抽样对同种结构的10只传感器分别进行了冲击测试,根据测试结果可知,该结构的微加速度计抗过载能力为1.3′10~5g_n。通过分析可知失效模式主要表现为微结构梁的断裂、裂纹、键合点脱落现象。通过研究失效模式产生的原因发现,造成结构出现断裂、裂纹现象的原因主要有两种:一是重复连续冲击测试引起微结构疲劳产生失效;二是由于在冲击过程中加速度计芯片与该过程中产生的高频信号分量发生共振导致过载瞬间增大加速度计芯片结构位移失控使结构失效。通过采用不同手段完善传感器结构,提高了其可靠性。 展开更多
关键词 MEMS加速度计 HOPKINSON杆 抗过载能力 失效模式 失效机理
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高量程加速度计动态线性校准系统 被引量:4
16
作者 石云波 杨志才 +3 位作者 曹慧亮 智丹 陈艳香 王艳阳 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期381-389,共9页
设计了双弹头霍普金森杆用于精确标定高g值加速度计的动态线性参数。基于一维应力波传播理论和弹性波叠加原理,分析了双弹头霍普金森杆为不同尺寸时对获取所需激励加速度信号的影响。利用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件对不同设计条件下... 设计了双弹头霍普金森杆用于精确标定高g值加速度计的动态线性参数。基于一维应力波传播理论和弹性波叠加原理,分析了双弹头霍普金森杆为不同尺寸时对获取所需激励加速度信号的影响。利用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件对不同设计条件下双弹头霍普金森杆的冲击效果进行了仿真分析。通过对不同影响因素的对比,确定了结构参数,设计了直径为30mm,长度为1 200mm的双弹头霍普金森杆,即高量程加速度计动态线性校准系统。利用设计的双弹头霍普金森杆对高量程加速度计进行了动态线性校准和试验验证,结果显示加速度计动态线性误差在5%以内,证明了设计的装置可对高量程加速度计进行动态线性校准,校准结果基本满足冲击校准的要求。 展开更多
关键词 加速度计 霍普金森杆 双弹头 动态线性校准 ANSYS/LS-DYNA 应力波
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地面运动目标的震动信号的特性分析 被引量:11
17
作者 石云波 刘俊 王玲 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期874-876,共3页
地面目标地震动信号的特征提取是进行地面目标识别技术的关键,针对人员、车辆等地面目标运动时产生的地震动信号,利用SLJ-100FBA-T型三分向力平衡加速度计进行了多次测试,通过典型时域分析方法得出信号的时域特征,利用Welch法进行了频... 地面目标地震动信号的特征提取是进行地面目标识别技术的关键,针对人员、车辆等地面目标运动时产生的地震动信号,利用SLJ-100FBA-T型三分向力平衡加速度计进行了多次测试,通过典型时域分析方法得出信号的时域特征,利用Welch法进行了频域分析,最终得到的信号时域、频域特征向量可作为目标识别的依据. 展开更多
关键词 地震动信号 瑞利波 时域分析 频域分析
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引信用MEMS加速度传感器敏感元件的设计 被引量:9
18
作者 石云波 祁晓瑾 刘俊 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第7期537-541,共5页
根据引信环境信息探测的要求,设计了一种新型MEMS高g值压阻式加速度传感器敏感元件。通过ANSYS仿真对该结构进行了量程分析、抗过载分析、灵敏度分析及横向灵敏度分析,提供了一种新的阻尼设计方法。结合过载保护设计,较好地实现了结构... 根据引信环境信息探测的要求,设计了一种新型MEMS高g值压阻式加速度传感器敏感元件。通过ANSYS仿真对该结构进行了量程分析、抗过载分析、灵敏度分析及横向灵敏度分析,提供了一种新的阻尼设计方法。结合过载保护设计,较好地实现了结构阻尼控制与过载保护的融合。最后设计了一套可行的加工工艺。 展开更多
关键词 微机电系统 高G值 敏感元件 阻尼设计
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MEMS中的封装技术研究 被引量:6
19
作者 石云波 刘俊 张文栋 《微纳电子技术》 CAS 2003年第7期235-237,共3页
MEMS中的封装工艺与半导体工艺中的封装具有一定的相似性 ,因此 ,早期MEMS的封装大多借用半导体中现成的工艺。本文首先介绍了封装的主要形式 ,然后着重阐述了晶圆级封装与芯片级封装[1] 。
关键词 MEMS 封装技术 芯片级封装 半导体工艺 微电子
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高过载压电驱动器设计与试验 被引量:3
20
作者 石云波 王昊宇 +1 位作者 刘俊 张文栋 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2007年第5期530-532,共3页
针对现有压电驱动器不能承受高过载的问题,设计了一种基于d33结构的高过载压电驱动器,根据工艺流程制作加工了压电驱动器样品,创新性的设计了弹性金属框架对其进行预压缩封装,保证其具有较好的刚度和较高的抗拉和抗过载能力,并对封装后... 针对现有压电驱动器不能承受高过载的问题,设计了一种基于d33结构的高过载压电驱动器,根据工艺流程制作加工了压电驱动器样品,创新性的设计了弹性金属框架对其进行预压缩封装,保证其具有较好的刚度和较高的抗拉和抗过载能力,并对封装后的驱动器进行了指标标定和高过载实验,经实验测试,该驱动器具备较高的微位移能力和抗过载能力,不仅能应用于自适应枪弹的高过载环境,还可应用于军事国防、航空航天等高过载微纳驱动领域。 展开更多
关键词 高过载 压电驱动器 冲击实验
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