基于机器学习的微悬臂梁式传感器仿真误差修正方法研究

发布时间：2024-03-12 18:34

　　传感器作为链接智能软件技术和外界环境的信息媒介,对全面实现智能化和信息化有着至关重要的作用。其中,微悬臂梁传感器由于其精度高,体积小等优势,已经得到了广泛地应用。智能化和信息化的快速发展,对微悬臂梁传感器的精度和研发迭代速度有了空前的需求。计算机辅助工程技术(CAE)是已经被广泛采用的快速高效设计辅助技术。然而高灵敏度的微悬臂梁传感器由于其往往存在多个物理场之间的耦合,对其进行准确的有限元仿真是一个难题,为了保证仿真的准确度,微悬臂梁传感器的三维仿真往往也需要大量的求解时间和计算资源的开销。因此,提出了一种基于机器学习算法的微悬臂梁仿真误差修正方法,在缩短有限元仿真时间的同时,尽可能地保证了结果的准确度。以悬臂梁电流传感器为例,建立了从三维到二维模型的简化理论,提出了磁场-结构场-电场的全耦合仿真方法,并用实验结果进行了验证,然后对二维和三维模型各进行了1767组系统化的有限元仿真,分析并追溯了降维过程中的仿真误差,结果表明误差大部分源于固体力学部分,二维仿真能缩短85.7%的仿真时间,内存开销能减少65.9%,引入的误差最大会达到92%。建立了基于BP神经网络的误差修正方法,并用16...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1微悬臂梁传感器分类

第1章绪论31.2微悬臂梁传感器研究现状微悬臂梁传感器是利用微纳米加工技术对硅进行加工，得到的微悬臂制造出来的传感器，其尺度一般在几百微米以下[34]。微悬臂梁传感器可通过压电材料和压阻材料等对应力应变敏感的材料来进行机电信号转换。这些功能薄膜会被加工在微悬臂梁表面，当微悬臂梁发....

图1-2原子力显微镜原理示意图[35]

吉林大学硕士学位论文4图1-2原子力显微镜原理示意图[35]最早的微悬臂梁传感器可以追溯到1986年CalvinQuate和Gerber团队发明的原子力显微镜[35]。原子力显微镜核心传感部件是一根微米级的硅基悬臂梁微悬臂梁，其末端加工有纳米级的针尖，如图1-2所示。微悬臂的针尖....

图1-2基于悬臂梁的典型传感器（根据文献[42-48]截取重制而成）

第1章绪论5们的研究表示，这种传感器具有高灵敏度，高稳定性，并对温度和封装应力有良好的抗干扰能力[38]。当外接的激励信号作用到微悬臂梁梁体端部质量块上后，微悬臂梁产生差分频率信号，并通过后期对差分信号的处理来减少温度和应力带来的误差。除此之外，得益于微悬臂梁结构简单、机械性能好....

图1-4悬臂梁电流传感器示意图

吉林大学硕士学位论文8图1-3常见的CAE软件导图CAE最早的理论基础也来自有限单元法。在1941年，AlexanderHrennikoff教授在一篇求解弹性问题的文章中首次提到一种框架式方法（frame-workmethod），这种方法是一种解算弹性体力学问题的通用解法，在文中....

本文编号：3926699