【摘要】：硅基諧振加速度計是一種具有高精度潛力的微機(jī)電慣性儀表,其基本原理是在軸向加速度的作用下諧振結(jié)構(gòu)剛度的變化引起諧振子諧振頻率的改變,通過檢測頻率變化測得輸入加速度。硅基諧振加速度計具有微機(jī)電儀表可靠性高、壽命長、體積小和重量輕的優(yōu)點(diǎn),同時頻率信號輸出又使其具有理論高精度,因此成為微機(jī)電慣性儀表發(fā)展的重要方向之一。本文針對硅基諧振加速度計的結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝、系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)字測控電路等關(guān)鍵技術(shù)展開了研究,主要內(nèi)容如下:研究了硅基諧振加速度計的工作機(jī)理,推導(dǎo)了力-頻輸出方程,建立了敏感結(jié)構(gòu)的動力學(xué)模型并基于Simulink進(jìn)行系統(tǒng)級建模及分析;對諧振子的驅(qū)動檢測方式進(jìn)行了分析,并比較兩種驅(qū)動檢測方式,確定了驅(qū)動檢測結(jié)構(gòu)方案。針對目前諧振式加速度計結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不足,提出了硅基諧振加速度計的雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,并利用ANSYS有限元分析軟件對結(jié)構(gòu)的主要模態(tài)進(jìn)行了仿真分析,并進(jìn)行了全量程仿真和溫度仿真分析。研究了硅基諧振加速度計的圓片級封裝工藝技術(shù)和微系統(tǒng)應(yīng)力匹配工藝技術(shù)。研究了諧振音叉閉環(huán)驅(qū)動控制機(jī)理�；谧约ふ袷幵�,閉環(huán)驅(qū)動控制系統(tǒng)包括相位控制和幅值控制,以相位控制為主,幅值控制為輔。本文中相位控制采用鎖相環(huán)方案,對鎖相環(huán)進(jìn)行了理論分析,并分析比較了三種幅值控制方案,基于上述分析對閉環(huán)驅(qū)動控制系統(tǒng)進(jìn)行了Simulink系統(tǒng)級仿真分析。研究了硅基諧振加速度計的數(shù)字驅(qū)動及高精度頻率檢測技術(shù)。利用Verilog HDL語言進(jìn)行了自適應(yīng)數(shù)字鎖相環(huán)、高精度頻率檢測、串口通信模塊等程序設(shè)計,基于FPGA構(gòu)建的了數(shù)字測控系統(tǒng)。測試結(jié)果顯示,數(shù)字測控電路可以滿足加速度計響應(yīng)速度、量程等指標(biāo)的設(shè)計需求。經(jīng)測試,樣機(jī)的上電啟動時間100ms,零偏穩(wěn)定性達(dá)到25.496μg(1σ),零偏重復(fù)性為35.384μg;標(biāo)度因數(shù)為197.437 Hz/g。
【圖文】：

楊博：硅基WLP 諧振加速度計的研究 硅基諧振加速度計接口電路技術(shù)國內(nèi)外研究進(jìn)展微諧振式加速度計的性能取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計、封裝、電路等方面，它們對加如圖 1.12 所示。其中，測控電路的作用是驅(qū)動硅微諧振式加速度計并實(shí)時頻率以得到加速度輸出，它決定了傳感器噪聲、穩(wěn)定性、功耗等多項關(guān)鍵

諧振加速度計力-頻系，主要是因為輸出隨著幅值變化諧振過大[34]。速度計對外界環(huán)境制環(huán)節(jié)。諧振式儀表trol，AGC）的閉環(huán)非線性區(qū)，抑制諧振首先根據(jù)理論計算，然后調(diào)整幅值檢測值降低時，，通過提高電激勵電壓來減小有效值與直流參考電
【學(xué)位授予單位】：中國航天科技集團(tuán)公司第一研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH824.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2607472