一种新的微机械陀螺品质因数测试方法

传统的微机械陀螺采用扫频方法测试结构的品质因数,存在耗时长、测量效率低和精度差等问题.提出了一种新的品质因数测量方法,该方法的原理是通过对陀螺的驱动端施加一个激励脉冲,采集驱动检测端的相应衰减信号,并通过处理得到衰减信号的频率和斜率,从而检测陀螺的品质因数.采用自行设计的激励电路,外购NI公司的高速采集卡和基于LabV...     

多环谐振式微机械陀螺频率跟踪电路研究

由于多环谐振式微机械陀螺的谐振频率较高,传统的数字控制电路对陀螺幅点信号的频率跟踪难以同时兼顾精度和速度的要求。在传统半球陀螺数字控制电路的基础上,提出了一种适用于多环谐振式微机械陀螺仪的频率跟踪电路,并首次运用于多环谐振式微机械陀螺。该电路以高速A/D转换电路为基础,通过对幅点信号高速采样计算频率和相位信息,并通过CORDIC算法产生输出信号。测试结果显示,该电路使多环谐振式微机械陀螺幅点信号的频率跟踪精度达到了0.78Hz,频率跟踪时间小于40μs,使控制电路的性能得到了极大提升。     

一种新的硅MEMS陀螺仪四相位闭环集成驱动电路

微机械陀螺的闭环驱动电路中通常采用两相位同频信号维持驱动环路谐振,但系统引入误差较大。提出了一种新的硅微机械陀螺四相位驱动系统,将四相位半频驱动电压加载到具有四组驱动电极的结构上,使系统维持在谐振频率上。采用该驱动电路,耦合到输出端的干扰信号为谐振频率的一半,只需采用适当的高通滤波器即可消除干扰信号对输出的污染,同时提高了系统的信噪比。采用0.5 μm CMOS工艺进行设计,版图尺寸约为2.8 mm×2.8 mm,测试结果表明该四相位驱动电路能很好地满足陀螺系统驱动模态维持谐振的要求。     

低阻尼MEMS加速度传感器频率特性快捷测试法

提出了一种适合低阻尼MEMS压阻加速度传感器频率特性的测试方法,可较为快捷地获得传感器谐振频率和阻尼比等频率特性。首先介绍了该方法的理论依据和计算方法,然后介绍了典型测试系统构成和测试结果,并将该方法的测试结果与传统扫频测试方法的测试结果进行了对比,本方法所测得的传感器谐振频率和阻尼比分别为26.58 kHz和0.015,扫频测试方法所测得的传感器谐振频率和阻尼比分别为26.66 kHz和0.005。结果显示,该方法所得结果具有较好的精度,并具有操作简单、快速、重复性好及系统搭建成本低等优点。该方法已应用于汽车碰撞用MEMS压阻加速度传感器的生产,作为检测和筛选的测试手段。     

Z轴硅微机械陀螺仪温度特性研究

硅陀螺仪是近年来发展起来的一种新型角速度传感器,温度变化是其主要误差源之一.分析了温度变化对硅微陀螺仪的谐振频率和品质因数的影响,并选择常温下机械品质因数不同的两个陀螺在-40℃～80℃温度范围内进行测试,得出机械品质因数和谐振频率随温度变化规律.实验结果验证了陀螺仪谐振频率随温度升高而线形下降;温度变化时,封装陀螺仪抽真空度对陀螺机械品质因数产生明显影响.     

陶瓷谐振器特性参数测试方法研究

分析了现有的陶瓷谐振片测试方法和存在的不足,提出采用扫频法测量陶瓷谐振器串联谐振频率、并联谐振频率、谐振阻抗等参数。测试系统主要由扫频信号发生器、放大器、分压电路、检波电路、A／D转换器等几部分组成。扫频信号由LAI200任意波形发生卡产生。扫频法不仅能够测量陶瓷谐振器的多个参数,而且可以直观地显示出谐振器的频率特性曲线。该测试方法应用到陶瓷谐振器自动化分拣装置上,试验结果表明,相对于谐振频率法可以更全面地控制产品质量。     

盘形谐振陀螺的机械灵敏度仿真优化

针对盘形谐振陀螺的机械灵敏度这一关键性能,采用结构优化法对盘形谐振陀螺的谐振环壁厚分布进行了优化。首先基于COMSOL with MATALB实现了盘形谐振陀螺品质因数Q、谐振频率f0、等效质量meff和角度增益Ag的有效计算,估算出了盘形谐振陀螺的机械灵敏度;然后以机械灵敏度为优化目标,采用移动渐近线法对盘形谐振子的谐振环壁厚分布进行了优化。壁厚分布优化使陀螺的机械灵敏度提升了20%。     

一种新型三自由度谐振式MEMS陀螺

针对谐振式MEMS陀螺检测带宽与检测灵敏度相矛盾的问题,根据两质量块谐振器具有对机械位移放大的特点,提出了一种新型结构的谐振式MEMS陀螺,采用单自由度驱动、双自由度检测,驱动模态谐振频率落在检测模态两个质量块谐振频率叠加形成的平坦区域内,有效增加了陀螺检测带宽,提高了陀螺的抗干扰性能。建立了新型谐振式MEMS陀螺结构动力学模型,对陀螺结构进行有限元仿真分析,在常压环境下对陀螺结构进行测试。结果表明,该结构有效增加陀螺检测带宽,改善了陀螺的抗干扰性能,克服了由于工艺加工精度不足带来的陀螺结构不对称所引起的误差,降低了对加工工艺和加工精度的要求。     

纳米膜隧穿效应微陀螺的结构设计与加工

基于GaAs材料和器件的制造工艺,介绍了纳米膜隧穿器件和微陀螺的结构设计方法和工艺加工方法。阐述了基于纳米膜隧穿效应微陀螺的工作原理,对纳米膜隧穿器件和微陀螺的结构进行了设计,分析了微陀螺的模态频率设计和匹配仿真。采用反应离子刻蚀(RIE)刻蚀和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀方法分别对隧穿器件和微陀螺结构进行了加工,利用扫描电镜观测,加工结果较好。利用冲击信号测试了微陀螺的频率响应,讨论了微陀螺的模态频率测试结果和匹配情况,证明微陀螺在驱动方向和检测方向上能够工作且模态频率匹配程度较好。实验结果表明,提出的GaAs材料微陀螺结构设计方法和工艺加工方法是可行的,能够应用于GaAs基微陀螺结构设计与制造。     

T型反馈网络在谐振式光纤陀螺频率锁定中的应用

谐振式光纤陀螺（R-FOG）的频率锁定是陀螺信号检测的关键技术,尤其在长时间的测试中,谐振频率的锁定稳定度决定了陀螺的输出性能。根据光纤环形谐振腔的传输理论,分析了其谐振特性及其一次谐波特性;搭建了R-FOG测试系统,采用正弦波相位调制解调技术实现谐振谱线一次谐波的输出;在分析由运算放大器构成的传统模拟比例积分（PI）电路的漂移误差源的基础上,给出了可以有效抑制漂移误差的T型反馈网络,应用到谐振式光纤陀螺的谐振频率锁定中,得到了较好的锁定效果,经Allan方差分析,谐振频率长时间（4000s）的锁定稳定度优于910-12。     

声光可调谐滤波器驱动系统设计

声光可调谐滤波器(AOTF)作为一种新型分光元件,其功能的实现可通过对驱动电压的调节来控制衍射光光强,特别是对于非共线型AOTF,通过控制超声波频率能获得更高的衍射效率。该文介绍了基于单片机(SCM)和直接数字频率合成器(DDS)的AOTF的驱动系统设计,该系统主要由信号源模块、功率放大模块及上位机模块3部分组成。单片机用来实现上、下位机的通信及对DDS的控制功能,通过调整频率控制字使DDS输出不同频率的正弦信号;功放模块通过三级级联方式,无需进行阻抗匹配设计,且频带范围宽,接近3个倍频程。该系统可实现单频和扫频两种工作方式,驱动频率为30~200 MHz,驱动功率可达33dBm,结构简单,稳定性好。     

压电换能器并联谐振频率跟踪系统设计

分析了压电换能器夹持电容在线测量原理,提出了一种新的并联谐振频率跟踪方法。讨论了不同状态下并联谐振频率的变化规律。采用嵌入式芯片PSoC5为主控制器,结合数字合成技术,使激励信号分辨率达到0.5Hz。驱动直流电源采用软开关技术实现电压可调功能。对换能器的电压和电流进行检测并在此基础上实现扫频跟踪策略及自动解锁控制。在不同工作状态下的实验结果验证了设计方案的合理性。     

双弹光调制器动态耦合及控制的一种新方法

针对双弹光调制器(PEM)中各调制器本征频率差异 及其随温度变化造成的调制效率降低问题,提出 了基于中心频率控制的解决方案。首先,建立了PEM机械特性等效电路,分析了驱 动电压、驱 动频率和谐振频率的动态耦合关系,确定了大光程差条件下驱动信号加载方法;其次,结合 不同谐振 频率PEM的幅频、相频特性曲线,提出了基于中心频率的双PEM控制方法;最后,采用 数字频率合成(DDS)技术和数字锁相环(DPLL)技术对双PEM进行驱动及谐振频率漂移跟踪,使 各PE M处于同频同相状态。实验结果表明,本文控制方法能够使双PEM调制光程差达 到单个PEM的2倍,达到1080μm。     

基于uCOSⅡ和CH375的U盘数据读写接口设计

该设计在S3C2440处理器和uCOSⅡ下设计了基于CH375的U盘数据读写方案。该方案以数字频率特性测试仪为应用背景,给出了具体应用电路。软件设计基于嵌入式操作系统uCOSⅡ,保证了系统实时性和可扩展性,重点介绍了uCOSⅡ操作系统下的CH375读写方法。该方案在数字频率特性测试仪中运行良好。达到了预期的技术指标。     

手持设备电源芯片的自动测试方案设计

为提高手持设备电源芯片的选型效率,提出了适合电源芯片的自动测试方案.通过分析手持设备各路电压的负载需求,筛选出电源芯片的测试项目;在分析传统电源芯片测试电路后,给出了软件和硬件电路的示意设计.基于LabVIEW平台,提出了同步数据采集、触发和存储功能的实现方案.AMC3100芯片的测试数据表明,既保证测试精度,测试效率又大幅提高.     

弹光调制干涉具热动态模型及频率漂移的研究

为了解决弹光调制干涉具中因高频振动产生的热量引起的谐振频率漂移问题,根据相似与模化理论,建立了弹光调制干涉具热动态模型,得到了弹光调制干涉具中干涉具谐振频率、干涉具温度和外界驱动信号之间的非线性函数关系,并最终推导出了反馈电流和反馈电流相对于驱动电压的相位的关系、干涉具中温度随时间的变化率和谐振频率随时间的变化率方程,以及得出了干涉具热动态模型的频率稳定状态方程。结果表明,根据热反馈机制,必须采用锁相跟踪原理,时刻保持驱动频率与干涉具谐振频率一致,才能保证干涉具工作的稳定性。     

36kV/10kW CO2激光器充电电源的研制

为了改善现有CO2激光器工频LC谐振充电时充电电压随激光器工作频率升高而降低、影响激光输出的稳定性和光束质量,不利于装置的小型化和轻量化的问题。采用全桥逆变结构和串联谐振软开关电路,研究了36kV/10kW高频高压充电电源。该电源系统采用三相380V交流电作为供电系统,大功率智能功率模块作为全桥逆变电路。逆变交流信号经串联谐振电路及高频脉冲变压器得到高压脉冲信号,高压脉冲经整流给负载电容充电,电源应用电压电流双闭环控制系统,输出电压、电流经采样及放大后,反馈到电源控制芯片SG3525,芯片SG3525通过判断反馈信号的大小,控制输出脉冲宽度调制驱动信号的占空比。激光器放电频率为25Hz时,电源输出电压为37kV,峰值输出功率为13.05kW,充电效率为0.826。结果表明,该高频高压充电电源适合用作CO2激光器的高压充电电源。     

Low-frequency piezoelectric energy harvesting prototype suitable for the MEMS implementation

A low-frequency piezoelectric energy harvester based on impact vibration assembled with a compliant driving beam and two rigid generating beams is presented. The ambient low frequency is up-converted to high resonant frequency by the periodic impact between the driving beam and the generating beams. The advantages of the harvester are: restricting the large displacement of the compliant driving beam, improving power density and being especially suitable for a compact MEMS approach. The 1.53 mW average power of the macroscale impact vibration harvester is achieved at 20.1 Hz under 0.4g acceleration. The power density is 93.2 μW/cm³, which is 6.8 times that of conventional counterpart (13.6 μW/cm³). The measured results demonstrate the potential of the device applied to portable and implantable electronics benefited from the MEMS batch-fabrication technology.     

基于COMSOL Multiphysics超声波电机的谐振特性分析

基于COMSOL Multiphysics对超声波电机压电振子谐振特性进行了理论分析,建立了超声波电机压电振子的实体模型,仿真计算出了压电振子的谐振频率,确定超声波电动机的最佳工作频段,提出了电机与驱动电路匹配方法.试验结果表明:当对压电振子施加幅值为100 V的激励电压后,软件分析和数学计算基本一致,可见仿真分析方法的可行性,为研究超声波电机谐振特性提供了一种简便的计算方法.