小型化高精度MEMS相对重力仪样机研制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41874089
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0406.重力学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The relative gravimeter with high precision has a wide range of application requirements in the fields of the regional gravity survey and gravity mapping, the oil gas and mineral exploration, the groundwater and city underground space exploration, and the gravity field assisted navigation, etc. In the field of application, people require the gravimeter would be high precision, stable and portable for harsh environment. Compared with the traditional relative gravimeters with quartz or metal spring, the single crystal silicon-based spring structure has a higher quality factor and structural stability, which hence could greatly reduce the thermal noise of the sensor, and improve its durability. This project is aimed to develop the miniaturized high precision MEMS relative gravimeter. By referring the ideas from the structure design of the folded beam and the nonlinear spring in commercialized relative gravimeter, the intrinsic frequency of the MEMS relative gravimeter would be lower than 2Hz. The body of the sensor will be fabricated by the inductively coupled plasma technology widely used in MEMS manufacturing technology to etch through the whole wafer. The micro-motion of the test mass will be detected by the optical method. The body of the sensor and the optical displacement detector will be located in a small double-shield vacuum chamber with the precision temperature control. The final goal is to develop a miniaturized, economical high precision MEMS relative gravimeter with the noise level better than 2μGal, the mass less than 2kg, and the volume less than 1 liter, meeting the wide application requirements in the fields of geophysics and many other areas.
高精度相对重力仪在区域重力研究及重力填图、油气及矿藏勘探、地下水和城市地下空间勘察、及地球重力场辅助导航等方面有着广泛的应用需求。在对使用环境和耐用度要求极高的应用领域,要求仪器具有高精度、高稳定和便携性。与传统的石英或金属弹簧重力仪相比,基于单晶硅材料弹簧结构具有更高的品质因素和结构稳定性,能极大降低机械结构的热噪声水平,并提高其耐用性。本项目拟开展小型化高精度MEMS相对重力仪研制,其弹簧设计采用正刚度的折叠梁和非线性弹簧组合的思想,设计的本征频率低于2Hz,硅基结构的加工采用微机电系统制造工艺中的感应耦合等离子体技术实现体硅结构的穿透刻蚀,敏感质量块的运动采用非接触的光学方法进行微位移检测,最后对机械结构和光学位移检测系统进行整体精密温控,并置于双层小型真空腔中,目标是研制出精度优于2μGal、质量小于2kg、体积小于1公升的MEMS相对重力仪,满足地球物理等诸多领域的应用需求。

结项摘要

高精度相对重力仪在区域重力研究及重力填图、油气及矿藏勘探、地下水和城市地下空间勘察、及地球重力场辅助导航等方面有着广泛的应用需求。在对使用环境和耐用度要求极高的应用领域,要求仪器具有高精度、高稳定和便携性。与传统的石英或金属弹簧重力仪相比,基于单晶硅材料弹簧结构具有更高的品质因素和结构稳定性,能极大降低机械结构的热噪声水平,并提高其耐用性。本项目开展了小型化高精度MEMS相对重力仪研制,其弹簧设计采用正刚度的折叠梁和非线性弹簧组合的思想,结构实测本征频率达到0.3 Hz。硅基结构的加工采用微机电系统制造工艺中的感应耦合等离子体技术实现体硅结构的穿透刻蚀,敏感质量块的运动采用非接触的光学方法进行微位移检测,最后对机械结构和光学位移检测系统进行整体精密温控,并置于双层小型真空腔中,实测结果表明,研制的MEMS相对重力仪精度优于8 μGal/Hz1/2、零偏漂移系数为2.4 mGal/day,实现重力潮汐观测,满足地球物理等诸多领域的应用需求。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
A method for improving out-of-plane robustness of an area-changed capacitive displacement transducer used in a micro-accelerometer
一种提高微加速度计中变面积电容位移传感器面外鲁棒性的方法
  • DOI:
    10.1016/j.sna.2020.112156
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Sensors and Actuators A: Physical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Shitao Yan;Huafeng Liu;Qiangwei Xu;D;an Liu;Mengqi Zhang;Wenjie Wu;Liangcheng Tu
  • 通讯作者:
    Liangcheng Tu
A high-sensitivity MEMS gravimeter with a large dynamic range
具有大动态范围的高灵敏度MEMS重力计
  • DOI:
    10.1038/s41378-019-0089-7
  • 发表时间:
    2019-10-07
  • 期刊:
    MICROSYSTEMS & NANOENGINEERING
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Tang, Shihao;Liu, Huafeng;Tu, Liangcheng
  • 通讯作者:
    Tu, Liangcheng
ng级加速度型MEMS微震仪研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中山大学学报(自然科学版)(中英文)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王秋;刘骅锋;涂良成
  • 通讯作者:
    涂良成
Modeling and Analysis of the Noise Performance of the Capacitive Sensing Circuit with a Differential Transformer
带差动变压器的电容传感电路的噪声性能建模与分析
  • DOI:
    10.3390/mi10050325
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    MICROMACHINES
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Xie, Yafei;Fan, Ji;Tu, Liangcheng
  • 通讯作者:
    Tu, Liangcheng
Model and Error Analysis of Moving-base Rotating Accelerometer Gravity Gradiometer
动基座旋转加速度计重力梯度仪模型及误差分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Mingbiao Yu;Tijing Cai;Liangcheng Tu;Chenyuan Hu;Ji Fan;Li Yu
  • 通讯作者:
    Li Yu

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其他文献

万有引力常数G的精确测量
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  • 发表时间:
    --
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  • 作者:
    涂良成;邵成刚;胡忠坤;黎卿;罗俊
  • 通讯作者:
    罗俊
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    谭文海;王建波;邵成刚;涂良成;杨山清;罗鹏顺;罗俊
  • 通讯作者:
    罗俊
万有引力常数G精确测量实验进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    刘建平;邬俊飞;黎卿;薛超;毛德凯;杨山清;邵成刚;涂良成;胡忠坤;罗俊
  • 通讯作者:
    罗俊
旋转重力梯度仪的加速度计动态调节方法与需求分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 作者:
    涂良成;刘金全;王志伟;周泽兵
  • 通讯作者:
    周泽兵

其他文献

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AI技术路线图

涂良成的其他基金

面向空间引力波探测的微牛顿量级推力器研制
  • 批准号:
    11927812
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    595 万元
  • 项目类别:
    国家重大科研仪器研制项目
基于单晶硅的高精度大动态范围挠性加速度计研究
  • 批准号:
    41374183
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目
四个加速度计间标度因子一致性的动态匹配方法实验研究
  • 批准号:
    41174060
  • 批准年份:
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    面上项目
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  • 批准号:
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  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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