Page 156 - 《应用声学》2020年第2期

314 2020 年 3 月

61.58 kHz。
A: Modal
Total deformation
Type: Total deformation
Frequency: 2.3459×10 5 Hz 分析结果可知，y 方向响应传感单元在 y 方向
Unit: mm
2019/8/15 22:38
3.6898×10 5 Max 上的最大振幅值 1.5487 µm 与传感单元在 z 方向上
3.2798×10 5
2.8698×10 5 12 13
2.4598×10 5 −4 µm相差1.5481 µm，可
2.0499×10 5 的最大振幅值5.6434×10
1.6399×10 5
1.2299×10 5
81995 见 y 方向响应传感单元在 z 方向上振幅与在 y 方向
40997
0 Min
上的振幅相差较大，故 y 方向响应传感单元在 z 方
向上输出信号值的大小相比于在y 方向上输出信号
值的大小影响甚微，结构设计合理。
z
0 0.300 mm y
0.150
x 1.8207T10 -3
(a) ښ y வՔʽ
8.7483T10 -4
4.2034T10 -4
A: Modal
Total deformation 2.0197T10 -4
Type: Total deformation
Frequency: 19783×10 5 Hz
Unit: mm ࣨϙ/mm 9.7041T10 -5
2019/8/15 22:40
4.6509×10 5 Max 4.6626T10 -5
4.1341×10 5 12 13
3.6173×10 5 2.2403T10 -5
31006×10 5
2.5838×10 5
2.0671×10 5 1.0764T10 -5
1.5503×10 5
1.0335×10 5 5.1720T10 -6
51676 1.55 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50
0 Min
5
ᮠဋ/T10 Hz
(a) ښ y வՔʽ
5.6434T10 -4
z
0 0.300 mm y
5.0000T10 -4
0.150
x
(b) ښ z வՔʽ 4.0000T10 -4
图 14 y 方向响应传感单元一阶振型模态 (极板厚 ࣨϙ/mm 3.0000T10 -4
度 60 µm) 2.0000T10 -4
Fig. 14 The first-order vibration mode of the y- 1.0000T10 -4
direction response sensing unit (Plate thickness 1.1177T10 -5
60 µm) 1.05 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00
5
ᮠဋ/T10 Hz
3.2.4 y 方向响应传感单元的谐响应分析 (b) ښ z வՔʽ
由 上 文 可 知，z 方 向 极 板 厚 度 为 60 µm 时， 图 15 y 方向响应传感单元的响应频率 -振幅变化
y 方 向响 应传 感 单元 在 y 方向上 的 谐振 频率 为 曲线 (极板厚度 60 µm)
234.59 kHz，对其进行谐响应分析， 约束 y 方向 Fig. 15 Response frequency-amplitude curve of
响应传感单元在 x、z 方向的自由度，最小输入频率 the y-direction response sensing unit (Plate thick-
ness 60 µm)
设置为 150 kHz，最大频率设置为 350 kHz，得到如
图 15(a) 所示的频率振幅变化曲线；z 方向极板厚度 4 结论
为 60 µm 时，y 方向响应传感单元在 z 方向上的谐
振频率为 197.83 kHz，约束传感单元在 x、y 方向的 通过对 z 方向响应传感单元的设计计算和AN-
自由度，最小输入频率设置为 100 kHz，最大频率设 SYS仿真分析，得到以下结论：
置为 300 kHz，得到如图 15(b)所示的频率振幅变化 (1) 所设计的 z 方向响应传感单元的上极板采
曲线。 用圆形板结构，可以减少制造时的应力集中。极板
由图 15(a) 可知，振幅最大值为 1.5487 µm 时， 厚度 a = 5 µm 时，在有阻尼状态下，最大变形量
传感单元的谐振频率为 255 kHz， 与所模拟值 为 0.299 µm，在传感单元的上下极板可移动间距
234.59 kHz 偏差为 20.41 kHz。由图 15(b) 可知，振 (1.25 µm)范围内，圆形极板变形幅度合理；
幅最大值为 5.6434×10 −4 µm，传感单元的谐振频 (2) 格栅孔上下距离设置为 5 µm，左右间距为
率为 136.25 kHz，与所模拟值 197.83 kHz 偏差为 10 µm，可以保证电容值 (40 pF)，同时最大化的减