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MEMS 技術(shù)在傳感器生產(chǎn)過程中具有一定的穩(wěn)定性，但也面臨著一些挑戰(zhàn)。以下將從不同類型的傳感器以及多個方面來詳細(xì)闡述 MEMS 技術(shù)在傳感器生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性。

一、MEMS 熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器的穩(wěn)定性

• 零點漂移問題分析：在 MEMS 熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器中，未經(jīng)嚴(yán)格硬件溫漂補償時會存在零點漂移問題。根據(jù)傳熱學(xué)和電學(xué)原理，對這一問題進(jìn)行理論分析，并使用 PSPICE 軟件對加熱電阻進(jìn)行建模，同時進(jìn)行電路整體的仿真。通過短時變溫測試與戶外長時測試的結(jié)果來驗證理論分析和仿真的結(jié)論，進(jìn)而給出了分段線性補償?shù)能浖a償方案。此外，還通過理論推導(dǎo)和軟件仿真研究了外接貼片電阻溫漂對傳感器性能的影響。

• 惠斯通全橋電路的硬件方案：該方案對于熱溫差零點溫漂的抑制非常有效，在 X、Y 方向上的零點漂移造成的最大誤差不超過 0.5 m/s。

二、MEMS 壓力傳感器穩(wěn)定性

• 輸出特性穩(wěn)定性：MEMS 壓力傳感器芯片輸出特性的穩(wěn)定性是傳感器的重要特征之一。研究分析了高靈敏度壓力傳感器芯片在有用信號變化以及機械和溫度特性誤差方面的情況，這些變化更明顯地依賴于外部因素。該研究采用了一種新的電路形式，即帶有負(fù)反饋回路的壓阻式差分放大器（PDA-NFL），利用雙極結(jié)型晶體管（BjT），在高靈敏度、小芯片面積和低誤差之間實現(xiàn)平衡。研究展示了兩個批次的壓力傳感器芯片 PDA-NFL 樣品在不同壓力范圍和時間跨度后的變化情況，表明了殘余機械應(yīng)力從壓力傳感器組裝設(shè)計對靈敏度和非線性的單向影響。

三、基于 MEMS 技術(shù)的甲烷催化燃燒傳感器穩(wěn)定性

• 傳統(tǒng)傳感器的缺點與 MEMS 傳感器的優(yōu)勢：催化燃燒式甲烷傳感器是目前煤礦中使用最普遍的傳感器，但傳統(tǒng)的催化燃燒式氣體傳感器一般由手工制作而成，存在配對難、一致性差、功耗高等缺點。而基于 MEMS 技術(shù)的甲烷催化燃燒傳感器具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、穩(wěn)定性好和易于實現(xiàn)自動化批量生產(chǎn)等優(yōu)點。

四、多 MEMS 傳感器組合姿態(tài)解算中的穩(wěn)定性

• 提高精度和穩(wěn)定性的方法：針對傳統(tǒng)單組 MEMS 傳感器在姿態(tài)解算中面臨精度低、穩(wěn)定性差等問題，提出一種基于多 MEMS 傳感器組合姿態(tài)解算方法。載體坐標(biāo)系各軸采用 4 組傳感器，兩兩對角安裝，將組合傳感器測量數(shù)據(jù)與四元數(shù)估計數(shù)據(jù)做向量積，通過兩組模糊和兩組 PI 算法進(jìn)行組合調(diào)節(jié)，利用互補濾波進(jìn)行數(shù)據(jù)信息融合，通過自適應(yīng)擴展卡爾曼濾波對修正后角速度進(jìn)行預(yù)測估計，求得姿態(tài)角數(shù)據(jù)。仿真結(jié)果分析表明，該方法較傳統(tǒng)姿態(tài)解算方法具有更高的精度和穩(wěn)定性。

五、MEMS 微加熱器在氣體傳感器中的穩(wěn)定性

• 熱遷移效應(yīng)的影響：在分析 MEMS 微加熱器在氣體傳感器中的機械穩(wěn)定性時，包括化學(xué)電阻半導(dǎo)體金屬氧化物和非分散紅外氣體傳感器。研究表明，這些設(shè)備中的熱遷移效應(yīng)遠(yuǎn)高于電遷移效應(yīng)，在設(shè)計和仿真周期中不應(yīng)被忽略。特別是隨著薄膜層的進(jìn)一步縮小和微型化，熱遷移力下的空位遷移效應(yīng)可能會對未來設(shè)備中傳感器的可靠性產(chǎn)生越來越大的影響。

六、基于 MEMS 技術(shù)的催化燃燒氣體傳感器穩(wěn)定性

• 與傳統(tǒng)傳感器對比：與傳統(tǒng)傳感器相比，基于 MEMS 技術(shù)的催化燃燒氣體傳感器不但具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、穩(wěn)定性好、適于批量化生產(chǎn)、易于集成等特點，而且實現(xiàn)了智能化、多功能化。

七、MEMS 在建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的穩(wěn)定性

• 影響因素及研究方法：MEMS 傳感器本身的穩(wěn)定性對于整個基于 MEMS 的建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性有重要影響。輸入電壓、極板間隙大小等因素會影響傳感器穩(wěn)定性，由于傳感器微梁因受靜電力和范德華力的作用，從而對傳感器輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。因此研究清楚溫度、范德華力、電場力等因素對于 MEMS 傳感器的性能的影響，對于實際工程中監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有重要意義。通過擴展的系統(tǒng)打靶法求得了由功能梯度板制作的簡支微梁撓度非線性的數(shù)值解，給出了 MEMS 兩端夾緊梁和懸臂梁無量綱電壓和無量綱吸合電壓的解析逼近解，并對解的精度進(jìn)行了驗證，與實際工作的 MEMS 微位移傳感器的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。

八、MEMS 慣性傳感器在地下采礦地層穩(wěn)定性監(jiān)測中的應(yīng)用

• 監(jiān)測信號分析：通過在地下采礦等效材料模擬實驗中安裝傳感器模塊，對靠近崩落地層中部和端部的兩個模塊的監(jiān)測信號進(jìn)行處理。處理后的信號呈現(xiàn)階梯變化，每個階梯由振動階段和穩(wěn)定階段組成。進(jìn)一步分析每個階段，可以得出估計地層變形和穩(wěn)定性的策略：每個振動階段和完整階段的持續(xù)時間呈上升趨勢，表明地層變形正在向極限狀態(tài)發(fā)展。該方法可以在地層崩落前至少 1 小時識別地層的破壞性變形。