高频下 MEMS 陀螺仪中的热弹性阻尼
介观与纳米尺度物理
2024-01-29 v2
摘要
微机电系统（MEMS）陀螺仪被广泛使用，例如在现代汽车和消费类应用中，并且需要在相当恶劣的环境条件下具备信号稳定性和准确性。在许多使用场景中，必须在高频大外部载荷下保证器件可靠性。传感器对此类外部载荷的灵敏度强烈依赖于结构高频机械模态的阻尼（或更确切地说品质因子）。在本文中，我们通过将有限元仿真与应用相关温度范围内品质因子的测量结果进行比较，研究热弹性阻尼对若干高频模态的影响。我们在真空中测量不同温度下的品质因子，以提取多晶 MEMS 器件相关的热弹性材料参数。我们的仿真结果与测量量吻合良好，从而证明了我们的方法在 MEMS 设计过程中用于预测目的的适用性。总体而言，我们能够唯一地识别热弹性效应，并展示它们对工业 MEMS 陀螺仪高频模态阻尼的重要性。我们的方法是通用的，因此易于应用于任何机械结构，在纳米和微机械系统中具有许多可能的应用。
引用
@article{arxiv.2208.02591,
title = {Thermoelastic Damping in MEMS Gyroscopes at High Frequencies},
author = {Daniel Schiwietz and Eva M. Weig and Peter Degenfeld-Schonburg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2208.02591},
year = {2024}
}