论文部分内容阅读
微型传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器,与传统的传感器相比,由于其尺寸微小,可减小系统中的无效体积,降低功耗和试样用量,成本低,而且响应快,可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点,有着广泛的应用前景。钹式压电复合换能器由两片类似打击乐器钹(Cymbal)的金属平顶锥壳夹着一片压电陶瓷晶片构成,其中PZT-5A压电陶瓷作为压电相,黄铜为压电换能器的电极。特殊的端帽形状通过内腔为钹式的金属电极与陶瓷界面的应力转换作用,改变陶瓷界面的应力分布,使压电陶瓷的横向应力转换并放大成纵向应力,从而使得该结构的纵向压电常数d33e较典型压电陶瓷高许多倍。纵向等效压电常数增加的多少取决于端帽的物理参数和尺寸大小,这些结论适用于常规钹式压电复合换能器,微小尺寸的钹式压电复合换能器是否具有相关性能需要进一步研究。本论文主要是根据钹式压电复合换能器工作原理,在钹式压电复合换能器微型化集成化方面,开展MEMS钹式压电复合换能器可行性研究。内容主要包括以下几个方面:
(1)制作宏观结构钹式压电复合换能器,进行器件力与位移性能关系测试以及等效压电常数d33e与钹式压电复合换能器形状参数的性能关系测试,分析实验数据从而确定MEMS钹式压电复合换能器器件研究的尺寸范围;
(2)分别在ANSYS和Intellisuite两种MEMS CAD软件中创建钹式压电复合换能器微小尺寸实体模型,通过施加载荷分析钹式换能器在MEMS技术尺寸范围内的性能,包括模拟分析MEMS钹式压电复合换能器的力与位移的性能关系以及等效压电常数西d33e与MEMS钹式压电复合换能器形状参数的性能关系;研究MEMS钹式压电换能器基阵,从而讨论MEMS钹式压电复合换能器研制理论上的可行性,得出结论;
(3)分析设计MEMS钹式压电复合换能器的工艺流程,在Intellisuite软件中实现其工艺仿真和给出相应结构参数;研究MEMS钹式压电复合换能器加工制备工艺的可行性;
(4)研究等静压压电常数的测试方法,将设计的等静压压电常数测试系统用于宏观尺寸的钹式压电复合换能器性能参数测试中,验证系统的可行性。