机械式微压力传感器的稳健设计研究

论文摘要

随着半导体技术的发展,微压力传感器已向半导体化和集成化方向发展。本文主要对微压力传感器的相关部分进行设计上的探讨。论文的主要内容如下：1、对机械式微压力传感器的部分参数进行优化设计。硅机械式微传感器的压力灵敏度除与硅膜片的厚度、大小、压敏电阻阻值大小有关外,还与电阻在硅膜片的分布方位及在硅膜片上的位置有关。本文讨论了压敏电阻构成的电桥电路其输出电压灵敏度与电阻所处位置和方向的关系,求出传感器的压力灵敏度极值及其条件。2、对纵向压阻系数和横向压阻系数的极值进行了探讨。讨论了电阻的纵向压阻系数和横向压阻系数与方向的关系,并求出其极值。3、采用容差设计模型对微压力传感器参数进行稳健设计。在(001)晶面,以微压力传感器的响应最大为目标函数,优化了膜片的半径、膜片厚度、电阻1与<100>晶向的夹角和电阻1与膜片径向的夹角；在最优化方位,以微压力传感器的响应最大为目标函数,优化膜片的半径和膜片厚度。以上两个稳健数学模型均采用随机概率算法用FORTRAN编程进行求解。本文首次把优化设计和稳健设计的思想引入到微压力传感器的设计中。经过稳健设计后,机械式微压力传感器有了更大程度的改进,且对微压力传感器的进一步发展有重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概述
• 1.1 选题背景和目的
• 1.2 国内外文献综述
• 1.2.1 利用有限元软件ANSYS进行优化设计
• 1.2.2 对压阻微压力传感器方位的优化
• 1.3 本课题主要内容及意义
• 1.3.1 主要内容
• 1.3.2 课题的意义
• 2 机械式微压力传感器的优化设计研究
• 2.1 机械式微压力传感器的响应分析
• 2.1.1 机械式微压力传感器薄膜的有关知识
• 2.1.2 机械式微压力传感器的公式推导
• 2.2 微压力传感器的优化设计
• 2.2.1 优化设计模型
• 2.2.2 目标函数与各个变量的关系
• 2.2.3 模型求解
• 2.3 小结
• 3 压阻系数与方位的关系和最值
• 3.1 纵向压阻系数与方位的关系和最值
• 3.2 横向压阻系数的最值
• 3.3 小结
• 4 机械式微压力传感器的稳健设计
• 4.1 稳健设计模型的基本理论
• 4.1.1 稳健设计的概念
• 4.1.2 容差稳健设计的基本理论
• 4.1.3 容差的计算
• 4.1.4 方差的计算
• 4.2 薄板的静力弯曲
• 4.3 圆膜片等中心距微压力传感器主平面上参数的稳健设计模型及求解
• 4.3.1 机械式微压力传感器的响应分析
• 4.3.2 机械式微压力传感器稳健数学模型
• 4.3.3 机械式微压力传感器参数的稳健设计模型求解
• 4.4 圆膜片优化解基础上机械式微压力传感器参数的稳健设计模型及求解
• 4.4.1 机械式微压力传感器的响应分析
• 4.4.2 机械式微压力传感器稳健数学模型
• 4.4.3 机械式微压力传感器参数的稳健设计模型求解
• 4.5 两种稳健设计的对比
• 4.6 软件设计和稳健算法研究
• 4.6.1 机微压力传感器优化和稳健设计流程
• 4.6.2 稳健设计算法研究
• 4.7 小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢