本文關(guān)鍵詞：高精度電容式微機(jī)械加速度計(jì)零點(diǎn)偏置與溫度特性的研究

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【摘要】：微機(jī)電系統(tǒng)是將微電子技術(shù)與機(jī)械工程融合到一起的一種工業(yè)技術(shù)。硅微加速度傳感器作為微機(jī)械器件中的一個(gè)重要分支,具有響應(yīng)快、靈敏度高、精度高、小型化、應(yīng)用性廣、能耗低等優(yōu)點(diǎn),目前已受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。零點(diǎn)偏置是衡量微加速度計(jì)動(dòng)態(tài)特性的重要指標(biāo),其受到電容檢測電路和敏感元件結(jié)構(gòu)兩部分的影響。溫度是影響微加速度計(jì)的主要環(huán)境因素,降低系統(tǒng)溫漂有利于提高微加速度計(jì)的檢測精度和穩(wěn)定性,擴(kuò)大微加速度計(jì)的應(yīng)用范圍。 本論文以零點(diǎn)偏置和溫漂為出發(fā)點(diǎn)對電容式微機(jī)械加速度計(jì)進(jìn)行研究。利用靜電力的作用來減小系統(tǒng)的零偏,優(yōu)化了系統(tǒng)的其他性能。同時(shí)設(shè)計(jì)了基于MEMS寄生電阻的溫度補(bǔ)償方案,降低了系統(tǒng)的溫漂。 本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性工作及成果包括以下三個(gè)方面： (1)對調(diào)制型電容式微機(jī)械加速度計(jì)系統(tǒng)中的主要零偏來源進(jìn)行了分析,其中主要包括檢測電路的不對稱性、解調(diào)方法以及敏感元件的初始電容差等。 (2)設(shè)計(jì)了基于靜電力的初始電容補(bǔ)償方案,以減小敏感元件的初始電容差。測試結(jié)果表明,經(jīng)過靜電力補(bǔ)償之后,系統(tǒng)的零偏穩(wěn)定性由0.2617mg降低到了0.2333mg,零偏溫度靈敏度從0.4175mg/℃減小到0.3094mg/℃,零偏重復(fù)性由2.7197mg減小到了1.8727mg。 (3)設(shè)計(jì)了一種基于MEMS寄生電阻的溫度補(bǔ)償方案,該方案不需要額外的補(bǔ)償電路,減小了電路的面積。測試結(jié)果表明,基于靜電力補(bǔ)償?shù)募铀俣扔?jì)系統(tǒng)在經(jīng)過溫度補(bǔ)償之后,系統(tǒng)的零偏穩(wěn)定性由0.2333mg降低到了0.1423mg,零偏溫度靈敏度從0.3094mg/℃減小到0.1202mg/℃。
【關(guān)鍵詞】：微機(jī)電系統(tǒng) 加速度計(jì) 零點(diǎn)偏置 溫度補(bǔ)償
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH824.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目次8-11
• 1 緒論11-21
• 1.1 微機(jī)械傳感器概述11-15
• 1.1.1 微機(jī)械加速度計(jì)的定義11-12
• 1.1.2 微機(jī)械加速度計(jì)的分類12-14
• 1.1.3 微機(jī)械加速度計(jì)的應(yīng)用14-15
• 1.2 電容式微機(jī)械加速度計(jì)的工作原理15-17
• 1.3 微機(jī)械加速度計(jì)的零偏特性概述17
• 1.4 微機(jī)械加速度計(jì)的溫度特性概述17-19
• 1.5 論文的主要工作及意義19-21
• 2 電容式微機(jī)械加速度計(jì)原理與零偏影響因素分析21-36
• 2.1 電容檢測電路的結(jié)構(gòu)與分析21-29
• 2.1.1 調(diào)制解調(diào)型電容檢測電路結(jié)構(gòu)21-24
• 2.1.2 載波產(chǎn)生模塊24-27
• 2.1.3 電容電壓轉(zhuǎn)換模塊27-28
• 2.1.4 數(shù)字解調(diào)模塊28-29
• 2.2 加速度計(jì)表頭的結(jié)構(gòu)與分析29-35
• 2.2.1 變面積平行板電容結(jié)構(gòu)30-31
• 2.2.2 初始電容差對加速度計(jì)系統(tǒng)的影響31-35
• 2.3 小結(jié)35-36
• 3 系統(tǒng)溫度特性的研究36-49
• 3.1 溫度補(bǔ)償方案分析36-37
• 3.2 電容檢測電路分析37-39
• 3.3 數(shù)字解調(diào)部分分析39-40
• 3.4 溫度對檢測電路增益和相移的影響分析40-42
• 3.5 初始電容差對檢測電路增益和相移的影響分析42-44
• 3.6 加速度信號對檢測電路增益和相移的影響分析44-45
• 3.7 基于MEMS寄生電阻的溫度補(bǔ)償45-48
• 3.7.1 工作原理45-46
• 3.7.2 溫度靈敏度測試46-47
• 3.7.3 穩(wěn)定性測試47-48
• 3.8 小結(jié)48-49
• 4 靜電力減小零偏方案的提出以及在系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)49-68
• 4.1 靜電力在微結(jié)構(gòu)中的作用49-52
• 4.1.1 靜電力的產(chǎn)生49-50
• 4.1.2 靜電力對變面積式電容加速度計(jì)的作用50-52
• 4.2 靜電力減小零偏方法的實(shí)現(xiàn)52-60
• 4.2.1 減小零偏的方法52-54
• 4.2.2 靜電力減小零偏54-60
• 4.3 系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)60-67
• 4.3.1 電路系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)61
• 4.3.2 電源管理模塊設(shè)計(jì)61-62
• 4.3.3 FPGA及數(shù)字電路設(shè)計(jì)62-64
• 4.3.4 CV電路設(shè)計(jì)64-65
• 4.3.5 AD/DA模塊設(shè)計(jì)65-67
• 4.4 小結(jié)67-68
• 5 系統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)分析68-83
• 5.1 表頭關(guān)鍵參數(shù)的提取68-70
• 5.2 初始電容差在靜電力作用下的變化情況70-71
• 5.3 測試環(huán)境的影響71-72
• 5.4 零偏溫度靈敏度測試72-75
• 5.5 零偏穩(wěn)定性測試75-79
• 5.6 零偏重復(fù)性測試79-80
• 5.7 系統(tǒng)噪聲測試80-82
• 5.8 小結(jié)82-83
• 6 總結(jié)與展望83-85
• 參考文獻(xiàn)85-88
• 作者簡歷及在學(xué)期間所取得的科研成果88

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉曉為;王超;譚曉昀;董長春;;體硅電容式雙軸微加速度計(jì)的信號檢測新方法[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2008年03期

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本文編號：825467