一種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了感應(yīng)式慣性傳感【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)的一種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量方法，包括以下：1）建立包含能斯特-普朗克方程和層流場(chǎng)的一維穩(wěn)態(tài)模型；2）根據(jù)敏感元件設(shè)計(jì)尺寸，在1）所建模型內(nèi)畫(huà)出加速度計(jì)敏感元件一個(gè)孔的一維結(jié)構(gòu)；3）輸入加速度計(jì)電解液導(dǎo)電率、相對(duì)介電常數(shù)、電解液密度、粘滯度這四個(gè)參數(shù)值；4）在能斯特-普朗克方程中定義電極、電勢(shì)及邊界條件和約束方程；5）在層流場(chǎng)中定義入口、出口、流速及邊界條件和約束方程；6）對(duì)求解域進(jìn)行網(wǎng)格剖分；7）計(jì)算；8）計(jì)算完畢后在結(jié)果中查看整個(gè)求解域的電流密度，本發(fā)明大大提高了研發(fā)效率，節(jié)約研發(fā)成本，可用于分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)，特別涉及一種分子-電子感應(yīng)式加 速度計(jì)噪聲測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)是一種利用分子-電子感應(yīng)式慣性傳感技術(shù)制作的新 型加速度傳感器。分子-電子感應(yīng)式慣性傳感技術(shù)利用密閉腔體內(nèi)電解液的對(duì)流效應(yīng)和電 化學(xué)反應(yīng)所引起的離子濃度變化實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量。分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)包含分 子-電子反應(yīng)腔和外部調(diào)理電路，其中反應(yīng)腔是加速度計(jì)自身噪聲的主要來(lái)源。反應(yīng)腔由 密封腔體、敏感元件和電解液構(gòu)成，敏感元件是分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)的核心部分，本 專(zhuān)利中噪聲模型的建立就是針對(duì)敏感元件展開(kāi)的。敏感元件由兩對(duì)多孔電極組成，放置在 浸滿(mǎn)電解液的密閉腔體內(nèi)，并在兩對(duì)電極間加上一定的電勢(shì)。當(dāng)外界運(yùn)動(dòng)時(shí)，反應(yīng)腔內(nèi)部電 解液流過(guò)敏感元件，敏感元件內(nèi)陰陽(yáng)極發(fā)生可逆的電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而引起了陽(yáng)極陰極之間 的電流變化，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)陰極間電流的變化就可以測(cè)出對(duì)應(yīng)的外界加速度大小。
[0003] 傳統(tǒng)傳感器噪聲分析是通過(guò)測(cè)量傳感器電壓噪聲或電流噪聲功率譜，這種方法非 常準(zhǔn)確，但對(duì)不同的設(shè)計(jì)參數(shù)每次都需要制作出實(shí)際樣品，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且大大增加了研發(fā)成 本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于有限元分析的分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè) 量方法，提高研發(fā)效率，降低研發(fā)成本。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量方法，包 括以下步驟： 步驟1)在有限元分析軟件中建立包含能斯特-普朗克方程和層流場(chǎng)的一維穩(wěn)態(tài)模型； 步驟2)根據(jù)敏感元件設(shè)計(jì)尺寸，在步驟1)所建模型內(nèi)畫(huà)出所設(shè)計(jì)的分子-電子感應(yīng) 式加速度計(jì)敏感元件一個(gè)孔的一維結(jié)構(gòu)； 步驟3)在步驟1)能斯特-普朗克方程和層流場(chǎng)中輸入所設(shè)計(jì)的分子-電子感應(yīng)式加 速度計(jì)電解液導(dǎo)電率、相對(duì)介電常數(shù)、電解液密度、粘滯度這四個(gè)參數(shù)值； 步驟4)在能斯特-普朗克方程中定義電極、電勢(shì)及邊界條件和約束方程； 步驟5)在層流場(chǎng)中定義入口、出口、流速及邊界條件和約束方程； 步驟6)對(duì)求解域進(jìn)行網(wǎng)格剖分； 步驟7 )計(jì)算； 步驟8)計(jì)算完畢后在結(jié)果中查看整個(gè)求解域的電流密度； 步驟9)根據(jù)電流密度和內(nèi)部噪聲的正比關(guān)系分析該設(shè)計(jì)參數(shù)下分子-電子感應(yīng)式加 速度計(jì)內(nèi)部噪聲水平，電流密度數(shù)值越小的對(duì)應(yīng)的分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)內(nèi)部噪聲越 低。
[0006] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，步驟1)的具體方法步驟如下： (1-1)打開(kāi) C0MS0L Multiphysics 4. 3a，在 Model Wizard 窗 口選擇 1-D，點(diǎn)擊 next; (1-2)在 Add physics 窗口 ：選擇 Fluid Flow>Single_Phase Flow>Laminar Flow(spf),點(diǎn)擊 Add Selected ；選擇 Chemical Species Transport>Nernst-Planck Equations (chnp)，點(diǎn)擊 Add Selected ; (1-3)在 Dependent variables >Number of species 空格內(nèi)輸入 3,在 Dependent variables >Concentrations 表格前三行分別輸入：K、I-、1-3，點(diǎn)擊 Next ; (1-4)在 Select Study Type 窗口，選擇 Preset Studies>Stationary，點(diǎn)擊 Finish。
[0007] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，步驟2)的具體方法步驟如下： (2-1)右擊 Geometry 1，選擇 B6zier Polygon，在 Length unit 中選擇 μιη，Angular unit 中選擇 Degrees ; (2-2)在Graphics窗口，以坐標(biāo)原點(diǎn)（0,0)為起點(diǎn)，沿x軸正方向依次畫(huà)出長(zhǎng)度為 80μιη，40μ?η，60μ?η，40μ?η，60μ?η，40μ?η，60μ?η，40μ?η，80μ?η 的線段；然后以坐標(biāo)為（500,0)的點(diǎn)為 起點(diǎn)，沿y軸正向畫(huà)長(zhǎng)度為50Wn線段；再以坐標(biāo)為（500, 50)的點(diǎn)為起點(diǎn)，沿X軸負(fù)向依次畫(huà) 出長(zhǎng)度為 8〇μιη，4〇μιη，6〇μιη，4〇μιη，6〇μιη，4〇μιη，6〇μιη，4〇μιη，8〇μιη 的線段；最后連接點(diǎn)（0, 50) 和點(diǎn)（〇,〇)，所有的線段形成一個(gè)長(zhǎng)500Wn，寬5〇Wn的長(zhǎng)方形。
[0008] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，步驟3)的具體方法步驟如下： (3-1)在 Model Builder 窗口，點(diǎn)擊 Material l(matl)>Basic(def); (3-2)在右側(cè) Output properties 窗口，Density 輸入電解液密度，Dynamic viscosity 輸入粘滯度，Relative permittivity輸入相對(duì)介電常數(shù)，Electrical conductivity輸入 電解液導(dǎo)電率。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，步驟4)的具體方法步驟如下： (4-1)在 Model Builder 窗口，右擊 Nernst-Planck Equations(chnp)，分別選擇 Electric Potential^ Electric Potential2、Inflowl、Outflowl、Concentrationl、 Reactionsl ； (4-2) 點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) > Convection, Diffusion, and Migrationl。在右側(cè) Domain Selection 中選擇 All domains，在 Migration in Electric Field 中選擇 Nernst-Einstein relation，在 Chargre number 中分別輸入 1，_1; (4-3)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Electric Insulation 1，在右側(cè) Selection中選擇除長(zhǎng)度為4〇μιη的所有線段； (4-4)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >No Fluxl，在右側(cè) Domain Selection 中選擇長(zhǎng)方形兩端的兩條線段； (4-5)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Initial Values 1，在右側(cè) Domain Selection 中選擇 All domains，在 Initial Values 對(duì)應(yīng) 13 處填入 40，I 處填入 3600,在 Electric potential 處填 0 ; (4-6)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Electric Potential 1，在右側(cè) Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形兩端四條長(zhǎng)度為4〇μιη的線段，在Electric Potential 處填入 1· 5 ; (4-7)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Electric Potential 2，在右側(cè) Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形中間四條長(zhǎng)度為4〇μιη的線段，在Electric Potential 處填入 0 ; (4-8)點(diǎn)擊Nernst-Planck Equations (chnp) >Inf low 1，在右側(cè)Boundary Selection 處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形左邊，在Concentration處分別填入40、3600 ; (4-9)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations(chnp) >0utflow 1，在右側(cè)Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形右邊； (4-10)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Concentration 1，在右側(cè) Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形左邊，在Concentration處分別勾選Species 13和 Species I，并分別填入 40、3600; (4-11) 點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Reactions 1， 在右側(cè) Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形左邊，在Reactions處分別填 入 _2e_5、_2e_8、_2e _5〇
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，步驟5)的具體方法步驟如下： (5-1)點(diǎn)擊 Laminar>Fluid Properties 1，在右側(cè) Domain Selection 中選擇 All domains ； (5-2)點(diǎn)擊 Laminar>Wall 1，在右側(cè) Domain Selection 中選擇 All domains，在 Boundary Condition 處選擇 No slip ； (5-3)點(diǎn)擊 Laminar〉Initial Values 1，在右側(cè) Domain Selection 中選擇 All domains，在 Initial Values>Velocity field 處分別填入 0、0,在 Pressure 處填入 0 ; (5-4)點(diǎn)擊 Laminar>Inlet 1，在右側(cè) Boundary Selection 處選擇 Manual，選擇長(zhǎng) 方形左邊，在 Boundary Condition 處選擇 Velocity，在 Velocity 處點(diǎn)選 Normal inflow velocity，并在 UQ 處輸入 5e_6 ; (5-5)點(diǎn)擊 Laminar>Outlet 1，在右側(cè) Boundary Selection 處選擇 Manual，選擇長(zhǎng)方 形右邊，在Boundary Condition 處選擇Pressure，no viscous stress，在 Pressure 處輸入 0〇
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，步驟6)的具體方法步驟如下： (6-1)點(diǎn)擊 Mesh 1，在 Mesh Settings 中選擇 User-controlled mesh; (6-2)點(diǎn)擊 Size，在 Element Size 處選擇 General physics，點(diǎn)選 Predefined，選擇 Normal，在 Element Size Parameters 處分別輸入 0· 0335、1. 5e_4、1· 3、0· 3、1，點(diǎn)擊 Build All。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，步驟7)的具體方法步驟如下： (7-1)點(diǎn)擊 Study 1，點(diǎn)擊 Compute。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，步驟8)的具體方法步驟如下： (8-1)點(diǎn)擊 Result>Electric Potential (chnp)，選擇 Contour 1，在右側(cè) Expression 窗口選擇 Replace Expression>Nernst_Plank Equations>Current Density，選擇 x 方向， 即可查看求解域的電流密度。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于，本專(zhuān)利提供的利用有限元分析軟件 C0MS0L Multiphysics為分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)建立噪聲模型的方法可以在已知加速 度計(jì)各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)情況下通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真得到該設(shè)計(jì)參數(shù)下的加速度計(jì)噪聲情況，大大提 高了研發(fā)效率，節(jié)約研發(fā)成本。本發(fā)明方法可以在不必制造出加速度計(jì)樣品情況下通過(guò)計(jì) 算機(jī)仿真得到某設(shè)計(jì)參數(shù)情況下加速度計(jì)內(nèi)部噪聲情況，本發(fā)明方法可以輔助加速度計(jì)設(shè) 計(jì)，可以通過(guò)仿真分析什么設(shè)計(jì)參數(shù)情況下加速度計(jì)內(nèi)部噪聲水平最低。本發(fā)明可用于分 子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量中。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的工作流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017] 這里以電解液密度為1473kg/m3、粘滯度為0. 00143P*s、相對(duì)介電常數(shù)為80. 2、電 解液導(dǎo)電率為〇. 11845S/H1的分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)為例，作為模型的建立對(duì)象，并對(duì) 其噪聲進(jìn)行測(cè)量。
[0018] 如圖1所示的一種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量方法，包括以下步驟： 步驟1)在有限元分析軟件中建立包含能斯特-普朗克方程和層流場(chǎng)的一維穩(wěn)態(tài)模型。
[0019] (1-1)打開(kāi) C0MS0L Multiphysics 4. 3a，在 Model Wizard 窗 口選擇 1-D，點(diǎn)擊 next 〇
[0020] (1-2)在 Add physics 窗口 ：選擇 Fluid Flow>Single_Phase Flow>Laminar Flow(spf),點(diǎn)擊 Add Selected ；選擇 Chemical Species Transport>Nernst-Planck Equations (chnp)，點(diǎn)擊 Add Selected。
[0021] (1-3)在 Dependent variables >Number of species 空格內(nèi)輸入 3,在 Dependent variables Concentrations 表格前三行分別輸入：K、I-、1-3，點(diǎn)擊 Next。
[0022] (1-4)在 Select Study Type 窗口，選擇 Preset Studies>Stationary，點(diǎn)擊 Finish。
[0023] 步驟2)根據(jù)敏感元件設(shè)計(jì)尺寸，在步驟1)所建模型內(nèi)畫(huà)出所設(shè)計(jì)的分子-電子 感應(yīng)式加速度計(jì)敏感元件一個(gè)孔的一維結(jié)構(gòu)。
[0024] (2_1)右擊Geometry 1，選擇B6zier Polygon，在 Length unit 中選擇l^n，Angular unit 中選擇 Degrees。
[0025] (2-2)在Graphics窗口，以坐標(biāo)原點(diǎn)（0,0)為起點(diǎn)，沿x軸正方向依次畫(huà)出長(zhǎng)度為 80μιη，40μ?η，60μ?η，40μ?η，60μ?η，40μ?η，60μ?η，40μ?η，80μ?η 的線段；然后以坐標(biāo)為（500,0)的點(diǎn)為 起點(diǎn)，沿y軸正向畫(huà)長(zhǎng)度為50Wn線段；再以坐標(biāo)為（500, 50)的點(diǎn)為起點(diǎn)，沿X軸負(fù)向依次畫(huà) 出長(zhǎng)度為 8〇μιη，4〇μιη，6〇μιη，4〇μιη，6〇μιη，4〇μιη，6〇μιη，4〇μιη，8〇μιη 的線段。最后連接點(diǎn)（0, 50) 和點(diǎn)（〇,〇)，所有的線段形成一個(gè)長(zhǎng)500Wn，寬5〇Wn的長(zhǎng)方形。
[0026] 步驟3)在步驟1)能斯特-普朗克方程和層流場(chǎng)中輸入所設(shè)計(jì)的分子-電子感應(yīng) 式加速度計(jì)電解液導(dǎo)電率、相對(duì)介電常數(shù)、電解液密度、粘滯度這四個(gè)參數(shù)值。
[0027] (3-1)在 Model Builder 窗口，點(diǎn)擊 Material 1 (matl)>Basic(def)。
[0028] (3-2)在右側(cè) Output properties 窗口，Density 輸入 1473kg/m3，Dynamic viscosity 輸入 0·00143P*s， Relative permittivity 輸入 80.2， Electrical conductivity 輸入 0· 11845S/m。
[0029] 步驟4)在能斯特-普朗克方程中定義電極、電勢(shì)及邊界條件和約束方程。
[0030] (4-1)在 Model Builder 窗口，右擊 Nernst-Planck Equations(chnp)，分別選 擇 Electric Potentiall、Electric Potential2、Inflowl、Outflowl、Concentrationl、 Reactionsl〇
[0031] (4-2)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) > Convection, Diffusion, and Migrationl ;在右側(cè) Domain Selection 中選擇 All domains，在 Migration in Electric Field 中選擇 Nernst-Einstein relation，在 Chargre number 中分別輸入 1，_1。
[0032] (4-3)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Electric Insulation 1，在右側(cè) Selection中選擇除長(zhǎng)度為4〇μιη的所有線段。
[0033] (4-4)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations(chnp) >No Fluxl，在右側(cè) Domain Selection中選擇長(zhǎng)方形兩端的兩條線段。
[0034] (4-5)點(diǎn)擊Nernst-Planck Equations (chnp) >Initial Values 1，在右側(cè)Domain Selection 中選擇 All domains，在 Initial Values 對(duì)應(yīng) 13 處填入 40，I 處填入 3600,在 Electric potential 處填 0〇
[0035] (4-6)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Electric Potential 1，在右側(cè) Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形兩端四條長(zhǎng)度為4〇μιη的線段，在Electric Potential 處填入 1· 5。
[0036] (4-7)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Electric Potential 2,在右側(cè) Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形中間四條長(zhǎng)度為4〇μιη的線段，在Electric Potential 處填入 0。
[0037] (4-8)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Inf low 1，在右側(cè) Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形左邊，在Concentration處分別填入40、3600。
[0038] (4-9)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >0utf low 1，在右側(cè) Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形右邊。
[0039] (4-10)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Concentration 1，在右側(cè) Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形左邊，在Concentration處分別勾選 Species 13 和 Species I，并分別填入 40、3600〇
[0040] (4-11)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Reactions 1，在右 側(cè)Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形左邊，在Reactions處分別填 入 _2e_5、_2e_8、_2e _5〇
[0041] 步驟5)在層流場(chǎng)中定義入口、出口、流速及邊界條件和約束方程。
[0042] (5-1)點(diǎn)擊 Laminar>Fluid Properties 1，在右側(cè) Domain Selection 中選擇 All domains。
[0043] (5-2)點(diǎn)擊 Laminar>Wall 1，在右側(cè) Domain Selection 中選擇 All domains，在 Boundary Condition 處選擇 No slip。
[0044] (5-3)點(diǎn)擊 Laminar〉Initial Values 1，在右側(cè) Domain Selection 中選擇 All domains，在 Initial Values>Velocity field 處分別填入 0、0,在 Pressure 處填入 0。
[0045] (5-4)點(diǎn)擊 Laminar>Inlet 1，在右側(cè) Boundary Selection 處選擇 Manual，選擇 長(zhǎng)方形左邊，在 Boundary Condition 處選擇 Velocity，在 Velocity 處點(diǎn)選 Normal inf low velocity,并在 UQ 處輸入 5e_6。
[0046] (5-5)點(diǎn)擊 Laminar>Outlet 1，在右側(cè) Boundary Selection 處選擇 Manual，選擇 長(zhǎng)方形右邊，在Boundary Condition 處選擇Pressure, no viscous stress，在 Pressure 處 輸入0。
[0047] 步驟6)對(duì)求解域進(jìn)行網(wǎng)格剖分。
[0048] (6-1)點(diǎn)擊 Mesh 1，在 Mesh Settings 中選擇 User-controlled mesh。
[0049] (6-2)點(diǎn)擊 Size，在Element Size 處選擇General physics，點(diǎn)選Predefined，選擇 Normal，在 Element Size Parameters 處分別輸入 0· 0335、1. 5e_4、1· 3、0· 3、1，點(diǎn)擊 Build All。
[0050] 步驟7 )計(jì)算。
[0051] (7-1)點(diǎn)擊 Study 1，點(diǎn)擊 Compute。
[0052] 步驟8)計(jì)算完畢后在結(jié)果中查看整個(gè)求解域的電流密度。
[0053] (8-1)點(diǎn)擊 Result>Electric Potential (chnp),選擇 Contour 1，在右側(cè) Expression 窗口選擇 Replace Expression>Nernst-Plank Equations>Current Density, 選擇x方向，即可查看求解域的電流密度。
[0054] 步驟9)根據(jù)電流密度和內(nèi)部噪聲的關(guān)系分析該設(shè)計(jì)參數(shù)下分子-電子感應(yīng)式加 速度計(jì)內(nèi)部噪聲水平，電流密度數(shù)值越小的對(duì)應(yīng)的分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)內(nèi)部噪聲越 低。
[0055] 本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，在本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員根據(jù)所公開(kāi)的技術(shù)內(nèi)容，不需要?jiǎng)?chuàng)造性的勞動(dòng)就可以對(duì)其中的一些技術(shù)特征作出一 些替換和變形，這些替換和變形均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1)在有限元分析軟件COMSOL Multiphysics中建立包含能斯特-普朗克方程和 層流場(chǎng)的一維穩(wěn)態(tài)模型； 步驟2)根據(jù)敏感元件設(shè)計(jì)尺寸，在步驟1)所建模型內(nèi)畫(huà)出所設(shè)計(jì)的分子-電子感應(yīng) 式加速度計(jì)敏感元件一個(gè)孔的一維結(jié)構(gòu)； 步驟3)在步驟1)能斯特-普朗克方程和層流場(chǎng)中輸入所設(shè)計(jì)的分子-電子感應(yīng)式加 速度計(jì)電解液導(dǎo)電率、相對(duì)介電常數(shù)、電解液密度、粘滯度這四個(gè)參數(shù)值； 步驟4)在能斯特-普朗克方程中定義電極、電勢(shì)及邊界條件和約束方程； 步驟5)在層流場(chǎng)中定義入口、出口、流速及邊界條件和約束方程； 步驟6)對(duì)求解域進(jìn)行網(wǎng)格剖分； 步驟7 )計(jì)算； 步驟8)計(jì)算完畢后在結(jié)果中查看整個(gè)求解域的電流密度； 步驟9)根據(jù)電流密度和內(nèi)部噪聲的正比關(guān)系分析該設(shè)計(jì)參數(shù)下分子-電子感應(yīng)式加 速度計(jì)內(nèi)部噪聲水平，電流密度數(shù)值越小的對(duì)應(yīng)的分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)內(nèi)部噪聲越 低。
2. -種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量方法，其特征在于，步驟1)的具體方法步 驟如下： (1_1)打開(kāi) COMSOL Multiphysics 4. 3a，在 Model Wizard 窗 口選擇 1-D，點(diǎn)擊 next; (1-2)在 Add physics 窗口 ：選擇 Fluid Flow>Single_Phase Flow>Laminar Flow (spf),點(diǎn)擊 Add Selected ；選擇 Chemical Species Transport>Nernst-Planck Equations (chnp),點(diǎn)擊 Add Selected ； (1-3)在 Dependent variables >Number of species 空格內(nèi)輸入 3,在 Dependent variables >Concentrations 表格前三行分別輸入：K、I-、1-3，點(diǎn)擊 Next; (1-4)在 Select Study Type 窗口，選擇 Preset Studies>Stationary，點(diǎn)擊 Finish。
3. -種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量方法，其特征在于，步驟2)的具體方法步 驟如下： (2-1)右擊 Geometry 1，選擇 B6zier Polygon，在 Length unit 中選擇 Mm，Angular unit 中選擇 Degrees ; (2-2)在Graphics窗口，以坐標(biāo)原點(diǎn)（0,0)為起點(diǎn)，沿x軸正方向依次畫(huà)出長(zhǎng)度為 8〇Mm，4〇Mm，6〇Mm，4〇Mm，6〇Mm，4〇Mm，6〇Mm，4〇Mm，8〇Mm 的線段；然后以坐標(biāo)為（500,0)的點(diǎn)為 起點(diǎn)，沿y軸正向畫(huà)長(zhǎng)度為5〇μπι線段；再以坐標(biāo)為（500，50 )的點(diǎn)為起點(diǎn)，沿X軸負(fù)向依次畫(huà) 出長(zhǎng)度為 8〇Mm，4〇Mm，6〇Mm，4〇Mm，6〇Mm，4〇Mm，6〇Mm，4〇Mm，8〇Mm 的線段；最后連接點(diǎn)（0, 50) 和點(diǎn)（〇,〇)，所有的線段形成一個(gè)長(zhǎng)500Mm，寬50Mm的長(zhǎng)方形。
4. 一種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量方法，其特征在于，步驟3)的具體方法步 驟如下： (3-1)在 Model Builder 窗口，點(diǎn)擊 Material l(matl)>Basic(def); (3-2)在右側(cè) Output properties 窗口，Density 輸入電解液密度，Dynamic viscosity 輸入粘滯度，Relative permittivity輸入相對(duì)介電常數(shù)，Electrical conductivity輸入 電解液導(dǎo)電率。
5. -種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量方法，其特征在于，步驟4)的具體方法步 驟如下： (4-1)在 Model Builder 窗口，右擊 Nernst-Planck Equations(chnp)，分別選擇 Electric Potential^ Electric Potential2、Inflowl、Outflowl、Concentrationl、 Reactionsl ； (4-2) 點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) > Convection, Diffusion, and Migrationl ;在右側(cè) Domain Selection 中選擇 All domains，在 Migration in Electric Field 中選擇 Nernst-Einstein relation，在 Chargre number 中分別輸入 1，_1; (4-3)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Electric Insulation 1，在右側(cè) Selection中選擇除長(zhǎng)度為4〇μιη的所有線段； (4-4)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >No Fluxl，在右側(cè) Domain Selection 中選擇長(zhǎng)方形兩端的兩條線段； (4-5)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Initial Values 1，在右側(cè) Domain Selection 中選擇 All domains，在 Initial Values 對(duì)應(yīng) 13 處填入 40，I 處填入 3600,在 Electric potential 處填 0 ; (4-6)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Electric Potential 1，在右側(cè) Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形兩端四條長(zhǎng)度為4〇μιη的線段，在Electric Potential 處填入 1· 5 ; (4-7)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Electric Potential 2，在右側(cè) Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形中間四條長(zhǎng)度為4〇μιη的線段，在Electric Potential 處填入 0 ; (4-8)點(diǎn)擊Nernst-Planck Equations (chnp) >Inf low 1，在右側(cè) Boundary Selection 處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形左邊，在Concentration處分別填入40、3600 ; (4-9)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations(chnp) >0utflow 1，在右側(cè)Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形右邊； (4-10)點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Concentration 1，在右側(cè) Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形左邊，在Concentration處分別勾選Species 13和 Species I，并分別填入 40、3600; (4-11) 點(diǎn)擊 Nernst-Planck Equations (chnp) >Reactions 1， 在右側(cè) Boundary Selection處選擇Manual，選擇長(zhǎng)方形左邊，在Reactions處分別填 入 _2e_5、_2e_8、_2e _5〇
6. -種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量方法，其特征在于，步驟5)的具體方法步 驟如下： (5-1)點(diǎn)擊 Laminar>Fluid Properties 1，在右側(cè) Domain Selection 中選擇 All domains ； (5-2)點(diǎn)擊 Laminar>Wall 1，在右側(cè) Domain Selection 中選擇 All domains，在 Boundary Condition 處選擇 No slip ； (5-3)點(diǎn)擊 Laminar〉Initial Values 1，在右側(cè) Domain Selection 中選擇 All domains，在 Initial Values>Velocity field 處分別填入 0、0,在 Pressure 處填入 0 ; (5-4)點(diǎn)擊 Laminar>Inlet 1，在右側(cè) Boundary Selection 處選擇 Manual，選擇長(zhǎng) 方形左邊，在 Boundary Condition 處選擇 Velocity，在 Velocity 處點(diǎn)選 Normal inflow velocity，并在 UQ 處輸入 5e_6 ; (5-5)點(diǎn)擊 Laminar>Outlet 1，在右側(cè) Boundary Selection 處選擇 Manual，選擇長(zhǎng)方 形右邊，在Boundary Condition 處選擇Pressure，no viscous stress，在 Pressure 處輸入 0〇
7. -種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量方法，其特征在于，步驟6)的具體方法步 驟如下： (6-1)點(diǎn)擊 Mesh 1，在 Mesh Settings 中選擇 User-controlled mesh; (6-2)點(diǎn)擊 Size，在 Element Size 處選擇 General physics，點(diǎn)選 Predefined，選擇 Normal，在 Element Size Parameters 處分別輸入 0· 0335、1. 5e_4、1· 3、0· 3、1，點(diǎn)擊 Build All。
8. -種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量方法，其特征在于，步驟7)的具體方法步 驟如下： (7-1)點(diǎn)擊 Study 1，點(diǎn)擊 Compute。
9. 一種分子-電子感應(yīng)式加速度計(jì)噪聲測(cè)量方法，其特征在于，步驟8)的具體方法步 驟如下： (8-1)點(diǎn)擊 Result>Electric Potential (chnp)，選擇 Contour 1，在右側(cè) Expression 窗口選擇 Replace Expression>Nernst_Plank Equations>Current Density，選擇 x 方向， 即可查看求解域的電流密度。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104123419SQ201410354921
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】周求湛, 李大一, 陳永志, 瞿世鯤, 王寧 申請(qǐng)人:江蘇精湛光電儀器股份有限公司