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自溯源型MOEMS加速度计谐振子设计仿真研究

常郅坤 张婉怡 沈箫雨 牟群 韩晓玲 宋松 牛鹏飞 邓晓 程鑫彬

常郅坤,张婉怡,沈箫雨,等. 自溯源型MOEMS加速度计谐振子设计仿真研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(6): 9-15, 43 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0109
引用本文: 常郅坤,张婉怡,沈箫雨,等. 自溯源型MOEMS加速度计谐振子设计仿真研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(6): 9-15, 43 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0109
CHANG Zhikun, ZHANG Wanyi, SHEN Xiaoyu, MU Qun, HAN Xiaoling, SONG Song, NIU Pengfei, DENG Xiao, CHENG Xinbin. Design and Simulation of a Self-Traceable MOEMS Accelerometer Oscillator[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(6): 9-15, 43. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0109
Citation: CHANG Zhikun, ZHANG Wanyi, SHEN Xiaoyu, MU Qun, HAN Xiaoling, SONG Song, NIU Pengfei, DENG Xiao, CHENG Xinbin. Design and Simulation of a Self-Traceable MOEMS Accelerometer Oscillator[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(6): 9-15, 43. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0109

自溯源型MOEMS加速度计谐振子设计仿真研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0109
基金项目: 国家重点研发计划项目(2022YFF0607600、2022YFF0605502);国家自然科学基金面上项目(62075165);上海张江国家自主创新示范区专项发展资金重大项目(ZJ2021-ZD-008)。
详细信息
    作者简介:

    常郅坤(2000-)同济大学在读本科生,研究方向:加速度传感、重力测量等,邮箱:1953958@tongji.edu.cn

    通讯作者:

    邓晓(1988-),同济大学精密光学工程技术研究所副教授,研究方向:纳米光栅标准物质、线宽标准物质、超精密测量、加速度传感及校准技术等,邮箱:18135@tongji.edu.cn

  • 中图分类号: TB934

Design and Simulation of a Self-Traceable MOEMS Accelerometer Oscillator

  • 摘要: MOEMS加速度计是加速度传感器未来的发展趋势之一,光学位移检测手段是决定测量精度的核心因素,与之配套的谐振子设计、匹配关系是充分发挥其性能的关键要素。自溯源光栅干涉仪是一种超精密位移测量方法,具有测量直接溯源、精度高、小型化等优势,非常契合MOEMS加速度计的位移测量需求。结合自溯源光栅干涉仪特性,计算、设计并仿真了自溯源型MOEMS加速度计谐振子。基于谐振子力学理论模型,计算了谐振子刚度和固有频率,采用COMSOL软件仿真了谐振子谐振模态、不同轴向的灵敏度与应力分布,设计了位移灵敏度高达10.01 μm/g,同时具有超低横向串扰的谐振子,对直接溯源型高精度加速度测量方案的技术研发与性能优化具有重要意义。
  • 图  1  谐振子结构原理

    Figure  1.  Structural principle of the oscillator

    图  2  U型梁

    Figure  2.  U-shaped elastic beam

    图  3  自溯源加速度计谐振子结构

    Figure  3.  Structure of the self-traceable accelerometer oscillato

    图  4  谐振模态

    Figure  4.  Resonant modes

    图  5  敏感轴位移-加速度图线

    Figure  5.  Sensitivity axis displacement-acceleration plot

    图  6  交叉轴位移-加速度图线

    Figure  6.  Cross-axis displacement-acceleration plot

    图  7  非敏感轴位移-加速度图线

    Figure  7.  Non-sensitive axis displacement-acceleration plot

    图  8  2g加速度下应力分布

    Figure  8.  Stress distribution at 2g acceleration

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出版历程
  • 收稿日期:  2023-04-14
  • 录用日期:  2023-05-08
  • 修回日期:  2023-05-11
  • 网络出版日期:  2023-07-27
  • 刊出日期:  2023-06-18

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