导　　师： 韦岗

学科专业： H1001

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 微机电系统(MEMS)是指可采用微机械加工技术批量制作的,集微传感器、微执行器以及信号处理、控制电路、接口、通信等于一体的微型系统。结合MEMS技术的倾角传感器能够测量倾角的角度与方向,具有体积微小、功耗低、集成化等的MEMS技术特点,在通信领域有着广阔的应用前景。因此,本文通过对倾角传感器的原理分析、设计及仿真实验,提出了一种新型的基于MEMS技术的光电倾角传感器。其原理简单归纳为:光源直射于液体表面,传感液体槽中的液体因受重力作用随倾斜角度变化,从而改变到达底部光信号采集阵列上的光强分布,由此得到不同的信号输出分布,再通过后续的模数转换及数字信号处理,最终测得倾斜的角度和方向。文章主要工作如下:1、描述了微米级条件下动态液体的数学模型,在COMSOL Multiphysics任意多物理场直接耦合软件中搭建出MEMS传感液体摆槽的仿真平台;通过实验仿真折衷得到液体槽的几何结构和液体的设计方案,并分析液体在各角度下的层流表现。2、分析了光信号检测与采集的原理与特性,提出了硅光电二极管阵列的版图设计和制作工艺流程,并讨论了一种包含PIN硅光电二极管和运算放大器的信号采集放大电路。3、运用Cadence Spectre设计了一种折叠式共源共栅信号放大器,进一步提出AB类缓冲输出级方案,由仿真实验得出各性能指标,并分析其对于本课题倾角传感器的适用性。通过仿真实验的验证,本课题设计的光电倾角传感器总高约为400μm,底面直径为1000μm,总体积约为0.314 mm3。放大器总功耗为1.188mW,底面阵列可包含260个信号采集放大单元,可测量角度范围为180°。与当前流行的传感器相比具有结构简单、体积小、成本低、功耗低、集成化等的特点。在不同的倾斜角度下,液体对液体槽底部的遮盖各不相同,分辨率将能达到较高的水平,具有一定的实用价值。

关 键 词： 微机电系统 倾角传感器 光电 液摆式

分 类 号： [TP212.1]

领　　域： [自动化与计算机技术] [自动化与计算机技术]