發(fā)布時(shí)間：2020-07-08 00:06

【摘要】：微機(jī)械加速度計(jì)具有體積小、重量輕、低成本、批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),在汽車、通信、生物醫(yī)學(xué)、航空、航天等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。高性能微機(jī)械加速度計(jì)已經(jīng)成為微傳感器領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。針對(duì)目前微型三軸加速度計(jì)檢測(cè)機(jī)理單一的現(xiàn)狀,課題組提出一種基于諧振-力平衡電容復(fù)合檢測(cè)機(jī)理的體微機(jī)械單質(zhì)量塊三軸加速度計(jì)結(jié)構(gòu)。采用諧振梁檢測(cè)面內(nèi)X/Y軸加速度,采用力平衡模式的差動(dòng)電容檢測(cè)機(jī)理檢測(cè)Z軸加速度。質(zhì)量塊的重心位于支撐梁的中性面內(nèi),減小了面內(nèi)加速度引起的質(zhì)量塊翻轉(zhuǎn),從而使加速度計(jì)具有較小的交叉軸靈敏度。本論文主要工作是研制該三軸加速度計(jì)的檢測(cè)電路、建立加速度計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng),并測(cè)試性能參數(shù)。在之前的工作基礎(chǔ)上重點(diǎn)開(kāi)展下述兩個(gè)方面的研究工作:(1)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)諧振梁諧振頻率的精確檢測(cè),設(shè)計(jì)一種基于FPGA的周期自調(diào)整頻率計(jì),并使用角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)和標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)測(cè)試了面內(nèi)加速度檢測(cè)的靈敏度和交叉靈敏度。(2)采用PI校正方法優(yōu)化系統(tǒng)的頻率特性,通過(guò)力反饋環(huán)節(jié)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為力信號(hào)加載到質(zhì)量塊上,使電容檢測(cè)系統(tǒng)工作在閉環(huán)力平衡狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上建立了Z軸加速度的電容檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,使用Simulink軟件對(duì)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)特性與閉環(huán)特性進(jìn)行了仿真分析。研制出Z軸加速度的電容檢測(cè)電路。使用重力場(chǎng)翻轉(zhuǎn)法測(cè)試了開(kāi)環(huán)和閉環(huán)狀態(tài)下電容檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH824.4
【圖文】：

(a) 單軸諧振式微加速度 (b) 雙軸諧振式微加速度計(jì)圖 1.1 C. Comi 制作的單軸和雙軸諧振式微加速度計(jì)[15] 劍橋大學(xué) Zou X 報(bào)道了一種真空封裝的 MEMS 諧振式加速度計(jì)。結(jié)構(gòu)如圖1.2 所示[16]。通過(guò)增大檢測(cè)質(zhì)量塊的重量和改進(jìn)杠桿放大系數(shù)，增大了傳感器的靈敏度。真空封裝增大了諧振器的品質(zhì)因數(shù)。測(cè)試該諧振式加速度計(jì)的品質(zhì)因數(shù)為 25000，靈敏度為 96Hz/g。在 1Hz 到 50Hz 的頻率變化范圍內(nèi)，其分辨率小于 150ng/Hz。由于該加速度計(jì)采用表面工藝制作，為了增加質(zhì)量塊的質(zhì)量，通常采用增大質(zhì)量塊的橫向尺寸，但這將導(dǎo)致制作出的芯片尺寸較大。

單軸諧振式微加速度 (b) 雙軸諧振式微圖 1.1 C. Comi 制作的單軸和雙軸諧振式微加速度計(jì)[1ou X 報(bào)道了一種真空封裝的 MEMS 諧振式加速過(guò)增大檢測(cè)質(zhì)量塊的重量和改進(jìn)杠桿放大系數(shù)，裝增大了諧振器的品質(zhì)因數(shù)。測(cè)試該諧振式加敏度為 96Hz/g。在 1Hz 到 50Hz 的頻率變化范圍由于該加速度計(jì)采用表面工藝制作，為了增加量塊的橫向尺寸，但這將導(dǎo)致制作出的芯片尺

圖 1.3 R. Zhu 研制的諧振式加速度計(jì)[17] 電子學(xué)研究所傳感技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 Yanlo外加速度的差頻硅微諧振式加速度計(jì)，該加速如圖 1.4 所示[18]。質(zhì)量塊通過(guò)兩個(gè)支撐梁和兩個(gè)錨點(diǎn)固定）支撐。由于支撐梁和諧振梁的厚度，諧振梁將產(chǎn)生彎曲應(yīng)力�？拷瘟旱闹C振另一個(gè)諧振梁受拉伸應(yīng)力，諧振頻率增加。實(shí)的 Q 值為 400，靈敏度為 584Hz/g。

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6 陳曦;潘e

本文編號(hào)：2745811