电容式加速度计的数字化处理电路及其与模拟电路的比较

介绍了对一种电容式MEMS加速度计处理电路的数字化工作,并对数字式加速度计系统的各个组成模块进行了分析,并与模拟处理电路的相应模块进行比较,给出了制约数字和模拟加速度计性能的因素.实验测试结果表明,数字式加速度计的零偏稳定性达到了0.21 mgn,相对模拟加速度计的零偏稳定性(1.02 mgn)提高了约5倍,噪声降低了3/5,数字式加速度计系统的性能有了很大的改进.这是由于数字系统采用了先进的解调算法,使得载波的信噪比有所提高,相位噪声有所降低.     

一种低噪声MEMS加速度计设计与制作

为了提高微加速度计的噪声性能,研究了一种基于绝缘体上硅(SOI)技术的单轴MEMS加速度计的设计和加工方案。该微加速度计采用大面积质量块的电容式检测结构,通过增加检测质量,在保证灵敏度的前提下,有效地降低了微加速度计的机械布朗噪声,增强了信噪比。另外,该微加速度计采用一种基于Al保护层的MEMS SOI工艺技术制造,有利于提高微加速度计的整体精度水平。测试结果表明:微加速度计的本底噪声为20μgn/√Hz,灵敏度为2.5 V/gn。     

叉指式加速度计的一种仿真法分析

微电子机械系统的快速发展对其建模仿真也提出了较高要求。首先介绍了一种微电子机械系统原理级描述仿真方法,它基于成熟的微机械元件库,提供微器件的原理级描述,使得仿真更简单、更高效,但目前其适用范围有限。然后介绍了用这种方法分析叉指式微电容加速度计的结果。     

Lorenz混沌电路的一种新型设计方法

System Generator是一种新型的基于FPGA的信号处理建模和设计工具;文章首先介绍了System Generator的主要特色和设计流程,然后基于此工具给出了Lorenz混沌电路设计的一种新方案并将此方案在FPGA上得以实现,实验结果表明该方法具有操作简单、设计灵活、效率高等优点,最后给出了实验结果在保密通信领域的一个应用实例。     

基于数字电路的二阶Σ-Δ调制微加速度计

为了简化模拟电路部分的设计,减少模拟电路的干扰,提出了一种基于数字电路的Σ-Δ调制微加速度计.在传统由纯模拟电路搭建的Σ-Δ接口电路基础上,将基于运算放大器的比例放大、微分、积分电路使用现场可编程门阵列(FPGA)进行实现.使用分立元件搭建了PCB板级电路,实现了采样频率为50 kHz的二阶Σ-Δ闭环调制接口电路.测试结果表明:该加速度计灵敏度为1.4 V/gn,系统基带内闭环噪声密度小于400 μgm/Hz1/2.     

一种改善脉冲雷达检测性能的方法

脉冲雷达对回波的检测要求一定的回波信噪比,分析表明,脉冲同步积累能够有效提高信噪比。给出了脉冲积累的仿真结果,并设计了一种基于FPGA的同步积累器,测试结果表明,该积累器能有效提高接收脉冲信噪比,从而改善雷达的检测性能,且实现简单,有较强的工程应用价值。     

一种数字频率合成器的FPGA实现技术*

直接数字频率合成器(DDS)技术是近四十年来发展起来的基于查找表的频率合成技术。作为信号发生器的一种,数字频率合成器是通信系统的重要组成部分,在很大程度上决定了通信系统的性能。介绍了DDS的基本原理,并实现了一个基于FPGA的DDS设计。通过改变查找表的存储数据灵活地改变输出的波形;根据频率分辨率的要求不同,修改具体波形数据值。其操作简单、频率分辨率较高、全数字化、便于集成,在工程应用上具有很大的使用价值。     

压阻式高量程微加速度计的冲击校准

采用体硅微机械加工技术和扩散技术,制作压阻式高量程微加速度计,设计量程为50000gn。芯片材料为单晶硅,采用双列扁平陶瓷封装。为了测量其动态灵敏度,使用Hopkinson杆在约40000gn的加速度水平下进行了冲击校准。在电桥电压为6.33V的情况下,被测微加速度计的灵敏度为1.26μV/gn。     

基于FPGA的数字加速度计设计与实现

为了能更加方便快捷地获取弹体坐标系下三个方向的加速度信息,提出一种将三轴加速度计输出电压值转换为加速度值量化输出的方法.对传统的标定系数矩阵将电压值转换为加速度的算法进行了化简优化,利用现场可编程门阵列(FPGA)进行数据运算,有效地提高了数据的转换速度,同时又能灵活地适应模数转换芯片的采样精度和加速度值的量化范围.最...     

力平衡加速度计的刚度耦合特性

通过分析力平衡加速度计的工作原理,运用解析法推导出输入惯性力与质量块位移的关系,指出加速度计的工作过程包括刚度"刚化"与刚度"软化"2种状态,有别于开环加速度计仅涉及刚度"软化"状态.以质量块位移的静电刚度与机械刚度之比作为结构的刚度耦合值,分析表明:加速度计的"刚化"与"软化"的分界点是耦合值为零的位置,而"正"刚度与"负"刚度的分界点是耦合值为-1的位置.耦合曲线的尖锐程度反映了质量块的允许位移大小和耦合的非线性度,刚度耦合的幅值越大,耦合曲线越尖锐,非线性度越大,质量块允许位移反而越小.     

一种MEMS加速度计温度模型辨识及温度补偿方法

对MEMS加速度计的温度模型与其倾角的相关性进行分析,提出了一种无需精确控制加速度计位置,借助普通恒温箱即可完成的温度模型辨识方法,并根据辨识结果设计温度补偿软件方案.实验结果表明,温度补偿可使加速度计测量输出的稳定性提高一个数量级,补偿效果明显,模型辨识方法有效.将温度模型用于某小型无人机航姿测量系统中,缩短了系统启...     

基于FPGA的国产MSA009加速度计测试系统设计

针对国产MEMS加速度计MSA009的工作原理和输出特性,设计了一种测试系统,以Spartan Ⅱ系列的XC2S30为主控芯片,并结合外围电路搭建了测试系统;基于ISE 8.1平台,采用VHDL硬件描述语言实现了对A/D转换芯片和Flash的控制,完成了加速度计输出信号的实时采集与存储;利用高精度三轴位置速率转台对测试系统进行试验验证,并对所采集的数据进行分析处理;经试验论证,该测试系统实现了对MSA009加速度计的测试,具有良好的实用性、稳定性.     

基于AD7745的微电容加速度计测量电路设计与实现

AD7745是世界上首款24bit数字输出的电容读取芯片,可以测量一对差分电容。它的输入共模偏置电容最大可到17PF,输入电容变化范围为±4pF,采样频率/通频带为10Hz到90Hz。基于AD7745的微电容加速度计测量电路系统有两种输出方式:一方面通过16bit的D/A将数字信号转换成模拟电压信号,实时输出到示波器;另一方面可将AD7745的24bit输出结果通过串口输入到计算机里,由计算机实现波形显示、分析。对PCB布线进行优化后,试验测得采样频率为90.9Hz时,AD7745数据的实际有效位数为14.5bit,对应分辨率为0.37fF。     

基于MEMS三轴加速度计的跌倒检测电路的设计

随着社会老龄化进程的不断发展,老年人口所占比重也逐年增加,而老年人的生理特点造成了他们这一人群的特殊行为特征易跌倒.为了解决跌倒监测、报警求助和步态加速度数据等问题,本文在分析比较国内外跌倒检测及相关技术的基础上,考虑了系统的实用性等因素,设计了一个跌倒检测的实时监测系统,它采用MEMS三轴加速度传感器ADXL345进行加速度数据采集,中央处理器TMS320F2812进行数据分析,并设计报警器来完成监测系统的搭建.实验结果表明该系统在老人跌倒时能够监测并进行报警,为及时进行救援赢得了宝贵的时间.     

基于有限元法的MEMS加速度计热应力分析

残余应力对MEMS器件的力学性能、可靠性和寿命都有较大的影响。基于MEMS电容式加速度计,采用热结构耦合场分析方法,对热应力的影响进行了仿真分析,并和实验结果进行比较。结果表明热应力不是影响器件性能的主要因素,而仿真模型中未考虑到的一些物理因素和工艺误差则可能是主要因素。针对课题组加速度计的制备过程从工艺的角度提出了相应的改进措施,为加速度计温度补偿模型的完善以及改版设计提供参考。     

基于多位置的MEMS加速度计快速自标定

针对MEMS加速度计输出信息受自身误差项(如零偏、标度因数、非正交误差等)干扰而影响器件自身测量精度的问题,提出一种不依赖转台设备的快速24位置标定方法.在分析MEMS加速度计输出特性基础上建立MEMS加速度计输出误差模型,设计并展开连续转停标定,利用重力特征实现加速度计误差修正.基于器件零偏、标度因数、非正交误差9个...     

基于温度补偿倾角传感器的双轴稳定平台设计

针对高精度舰载光瞄设备隔离扰动及高稳定跟踪精度视轴的要求,研究一种基于反方向运动抵消舰艇摇摆运动的双轴机械稳定平台。采用MEMS传感器实现倾角测量,采用直流电机实现平台稳定。通过实验方法,测出MEMS传感器的温度特性,再采用分段线性插值补偿模式,在-40^+100℃范围内提高传感器的精度。采用无超调控制技术实现直流电机快速响应和平稳运动。利用改变电枢电压的方法,可以实现对电机堵转转矩的控制,从而实现带负载的角度位置控制。实验结果表明,双轴稳定平台的最大角加速度为57°/s^2,稳定平台指向复示精度达到0.1°。     

梳状电极双轴微机械加速度计的研制

提出了一种新型的基于体硅工艺的双轴加速度传感器,量程为±50 gn,采用全对称结构,其电容检测部分采用变面积、差分电容式的梳状电极结构.利用有限元分析软件分析得到本文所设计的双轴加速度传感器微结构整体质量为1.174 mg,X、Y轴的灵敏度皆为2.3 fF/g,模态分析结果表明,第一和第二模态振型为两敏感方向的振型,且谐振频率分别为2 774 Hz,2 775 Hz.经过MEMS加工工艺制作出的芯片尺寸为5 260 μm×5 260 μm.经过测试,此双轴加速度传感器的电学灵敏度为33.78 mV/g,谐振频率为2.4 KHz,带宽可达到1.5 KHz.     

基于加速度传感器ADXL330的高精度计步器

目前随着数字化时代的到来,越来越多的手持设备,例如手机、MP3和PMP等等,都要增加健康或者运动的功能.计步器作为一种测量仪器,可以计算行走的步数和消耗的能量,就成为在这些手持设备上增加的功能之一.有别于传统的机械方式,利用美国模拟器件公司的加速度传感器ADXL330做成的计步器3具有灵敏度高、准确性高(95%)、集成度高以及功耗低(3.3 mW)的特点,非常适合手持式消费类电子产品.ADXL3301是一个三轴模拟输出、灵敏度为330 mV/gn、低功耗的加速度传感器.