基于跨阻放大器的动态微弱电容检测电路

基于MEMS技术的微电容超声传感器(CMUT),因具有易制造、易阵列化、噪声低、稳定性好以及批量化生产等众多优点,成为未来高频超声传感器发展的主要方向.本文介绍了微电容超声传感器的工作原理,提出了跨阻放大器检测电路,它能将电容信号转换为相应的电压信号(C/V转换),再通过放大、滤波得出电容的变化量.该电路能很好地抑制杂散电容的影响,有很好的线性和稳定性,在400kHz的超声波作用下的灵敏度为1.64mV/fF,基本满足对超声传感器电容变化量的检测.     

简单峰值检测电路设计

本文利用电容存储电荷原理,设计峰值检测电路（PKD,PeakDelector）,提取信号峰值电压,并加以保持,为后续模拟一数字转化电路提供稳定、可测直流信号。同时使Pspice／OrCAD对电路进行验证。当测试信号频率dxS：50KHz,被测电压峰值小于5、厂时,误差小于1％。是一种采样适合中低频段信号、精度高、测量方法简单、成本低的峰值检测电路。     

基于电磁激励的SOI-MEMS谐振式加速度计的闭环检测系统(英文)

介绍了一种基于电磁激励方式,采用基于绝缘体上硅的微电子机械系统(SOI-MEMS)加工方法制作谐振式加速度计及其闭环控制电路系统.传感器芯片制作采用的是SOI材料(10μm+2μm+290μm),利用MEMS加工工艺制作.当外界z轴方向加速度作用于加速度计时,加速度计的两根"H"型谐振梁因受到弯曲应力而产生谐振频率的漂移,通过检测谐振梁频率的变化标定加速度的大小.电磁激励检测方式有利于加速度计的最终闭环控制.闭环电路控制系统主要由增益放大部分、自动增益控制(AGC)电路缓冲系统和移相器组成.测试结果显示,当有1g重力加速度作用于加速度计,闭环电路可稳定输出检测正弦频率信号58.958 kHz,与开环扫频结果一致.加速度计的"H"型谐振梁空气中检测Q值约为400,灵敏度可达584 Hz/g.     

新型谐振式硅微机械加速度计

制作出一种新型结构的谐振式硅微加速度计，其输出频率信号可以克服微机电系统器件输出微弱信号检测的困难、采用双端固定音叉作为谐振器，在加速度作用下，质量块的惯性力通过悬臂梁施加于音叉轴向，利用音叉谐振频率的变化测量加速度．在每个音叉臂上制作了梳齿结构，用梳齿间的静电力激励音叉产生谐振，并利用其构成的电容检测其振动频率．该加速度计采用体硅工艺制作，文中给出了工艺流程、用有限元方法仿真估算，得到传感器的灵敏度约为2／gHz．     

正弦函数基原子库微弱被动鱼声信号的稀疏检测

为实现海洋环境中微弱被动鱼声信号的检测,针对单频正弦信号稀疏分解用于微弱信号检测的局限性,采用正弦函数基拟合被动鱼声信号,构建不同幅值、频率和初相位的正弦波信号作为过完备原子库,通过稀疏分解,检测出淹没在强噪声环境中的微弱正弦信号的幅度、频率和初相位参数,从而恢复出待检测的被动鱼声信号。实验表明:该项技术在-40 d B条件下可以实现任意形式的鱼声信号检测。     

基于Lorenz混沌同步系统的未知频率微弱信号检测

针对现有混沌类检测方法存在的不足,提出一种基于混沌同步系统测量强噪声背景下微弱信号频率值的新方法。该方法利用Lorenz混沌系统自身的初值敏感性、噪声免疫性和混沌系统的可同步性,采用驱动-响应法构建同步检测系统对微弱信号进行降噪处理,再结合多信号分类算法处理所得到的同步误差信号,最终实现微弱信号的频率测量。该方法有效解决了单Duffing振子参数设定复杂、运行状态转换时间长和状态判定困难的问题,也无需采用复杂的混沌系统阵列结构求解待测信号的频率值。仿真和实验结果表明新方法能够准确检测出微弱信号的频率,进一步完善了现有混沌类检测方法,为其应用于实际工程提供了新的思路。     

多晶硅梁的加速疲劳实验

MEMS器件在循环振动载荷作用下,器件可能会发生断裂、软化等疲劳失效现象.本文中选取了以表面工艺加工的多晶硅结构—固支梁与悬臂梁作为实验研究对象,并在微结构梁上利用光刻的方法对两个被测结构分别引入了凹槽和切口两种缺陷形式,并在其上加载循环静电载荷,进行加速疲劳实验.实验利用激光多普勒测振仪测量谐振频率的变化,来表征微梁结构等效弹性模量的改变.实验结果表明,无论固支梁或者悬臂梁,其谐振频率都发生了明显的偏移:固支梁结构初始频率为170.749 kHz,实验后谐振频率增大,偏移量达到15.618 kHz,其相对变化量为9.15%,而悬臂梁结构初始频率为112.357 kHz,实验后谐振频率变小,减小量达到1.342 kHz,相对偏移为1.34%,器件性能发生明显退化.     

基于变形Lorenz系统微弱周期信号频率检测新方法

提出了一种变形的Lorenz混沌检测系统,此系统主要具有混沌态和类周期态两种状态。借鉴平均法推导了此系统的近似周期解。把变形Lorenz系统与状态反馈控制方法相结合,将含有待检测信号的变形Lorenz系统从混沌态控制到类周期态,然后利用频谱分析的方法检测待检测信号的频率。数值仿真结果验证了该方法具有较高的检测精度。最后,对不同频率的微弱正弦信号和非正弦周期信号进行了频率检测,实验结果证明此系统的可行性和有效性。     

静电悬浮加速度计电容检测电路变压器桥路设计

静电悬浮加速度计用于测量非惯性力,是重力卫星的重要载荷,高精度重力场模型的获取对加速度计的分辨率要求很高。电容检测电路是加速度计的核心电路之一,其作用是通过测量差动电容的变化,反映检测质量块微小位移的变化,电容检测电路的噪声水平直接影响加速度计的分辨率。通过对电容检测电路的噪声分析,设计了变压器桥路,降低电容检测电路噪声。结果表明,变压器桥路输出阻抗越大,电容检测电路输出噪声越小,选取典型参数代入桥路输出阻抗公式进行仿真。当桥路谐振频率与电容检测信号工作频率相等时,输出阻抗达到最大。因此桥路设计所选取的参数,应满足使桥路谐振频率与电容检测信号工作频率相等,电容检测电路噪声能够大幅度降低。     

基于Pierce振荡器架构的BAW传感器读出电路

薄膜体声波谐振器(FBAR)不仅能作为手机射频前端的滤波器,还具有充当传感器表头的潜力。为实现对体声波(BAW)传感器输出射频信号的检测,设计一种基于Pierce振荡器的BAW传感器读出电路。读出电路采用双路差分方式,将体声波谐振器构成两路振荡器,一路作为参考电路用于检测外界环境等因素的干扰,另一路作为传感电路用于检测待测物理量。两路振荡器信号通过混频滤波得到由待测物理量引起的谐振频率偏移。然后通过放大与整形将模拟信号转换为数字信号,最后送入FPGA进行频率检测。以一个2 GHz的体声波质量传感器为例,给出电路各模块的设计方法,经各模块仿真以及信号转换电路的实验验证,电路可检测的最大谐振频率偏移量为99 MHz。     

三角波激励ECT测量电路

电容层析成像系统测量电路须有极高灵敏度及动态测量范围。提出一种采用三角波代替传统正弦波作为激励信号的方法,利用C/V转换电路的微分特性,使其输出为方波信号且幅值与被测电容值呈线性关系。瞬态仿真表明,电路的稳定时间缩短为0.65μs;此外,因其不需要相敏解调的环节,电容测量速率大幅提高,将其用于12电极ECT测量,可使测量速度提高到3124帧/s。实测结果表明,该电路的测量灵敏度峰峰值达0.8 V/pF,动态测量范围可达到69 dB。     

基于MEMS技术可植入微压力传感器的检测电路设计（英文）

为实现体内压力（如：血压、颅内压等）的实时监测,采用微机电系统（MEMS）技术制造出植入式微压力传感器.由于它是电容式传感器,在信号读取系统中,首先通过集成电路CAV414将电容信号转换为电压信号.通过理论计算和实际试验测试,微压力传感器初始电容值为15 pF.CAV414检测范围是10 pF~2 nF,检测精度为电容初始值的5%,因此在该系统中可检测到的电容最小变化量为0.75 pF,其输出电压范围为0~5 V,该电压信号可以直接作为模拟/数字转换器（ADC）的输入信号.选用ADC0809实现模拟信号向数字信号的转换.ADC0809为一款8通道8位模数转换器,通过FPGA实现对ADC0809的驱动控制.ADC0809的8位输出信号直接作为数字信号的输入,在本文试验中数字信号处理通过FPGA编程实现.     

Simple Technique for High-Resolution Time-Delay and Group-Velocity Measurements at Radio Frequencies

A simple technique for measuring the time delay a (modulated) radio-frequency signal experiences when passing through a medium or device is described. A carrier signal at the desired frequency is (sine) wave amplitude modulated (e. g., at 2 MHz). The modulated signal is passed through the medium or device, amplitude-detected, and compared in phase with the modulating signal from which the time delay is deduced. Time delays of a fraction of a nanosecond are easily measured.     

基于电容检测MEMS磁传感器的设计与制作

为实现微型化、低功耗、低成本和高灵敏度的磁传感器,提出了一种基于微型磁扭摆结构的磁传感器,并利用对角度变化非常敏感的差分电容检测技术对磁扭摆的扭转角度进行检测．设计的磁传感器包括微扭摆结构、磁性敏感薄膜和差分检测电容等部分．分析了器件的磁敏感原理和电容检测原理,给出了器件的结构参数和综合设计考虑．利用体硅加工工艺成功制作出了磁传感器样品,并进行了实验测试．测试结果表明磁传感器有良好的线性度和重复性,其磁场检测的电容灵敏度可达到0．2fF／Gauss．根据对磁传感器的热噪声分析,可得到磁传感器最小可分辨的磁场为6．72μT．该磁传感器结构简凑、工艺简单,无需电流激励,大大降低了磁传感器功耗．     

A resonant accelerometer with two-stage microleverage mechanisms fabricated by SOI-MEMS technology

We present the design, fabrication, and testing of a push-pull differential resonant accelerometer with double-ended-tuning-fork (DETF) as the inertial force sensor. The accelerometer is fabricated with the silicon-on-insulator microelectromechanical systems (MEMS) technology that bridges surface micromachining and bulk micromachining by integrating the 50-/spl mu/m-thick high-aspect ratio MEMS structure with the standard circuit foundry process. Two DETF resonators serve as the force sensor measuring the acceleration through a frequency shift caused by the inertial force acting as axial loading. Two-stage microleverage mechanisms with an amplification factor of 80 are designed for force amplification to increase the overall sensitivity to 160 Hz/g, which is confirmed by the experimental value of 158 Hz/g. Trans-resistance amplifiers are designed and integrated on the same chip for output signal amplification and processing. The 50-/spl mu/m thickness of the high-aspect ratio MEMS structure has no effect on the amplification factor of the mechanism but contributes to a greater capacitance force; therefore, the resonator can be actuated by a much lower ac voltage comparing to the 2-/spl mu/m-thick DETF resonators. The testing results agree with the designed sensitivity for static acceleration.     

A switched-capacitor interface for capacitive sensors based onrelaxation oscillators

A switched-capacitor (SC) interface for capacitive sensors based on a modified Martin's relaxation oscillator is proposed. The output signal is the duty-cycle of a pulse-width modulated square-wave voltage or a binary-coded digital signal which is directly related to the capacitance ratio of an unknown capacitance and reference capacitance. The circuit can be implemented in a monolithic IC form using CMOS technology. It requires a relatively small device count integrable onto a small chip area and its suited particularly for the on-chip interface circuitry for microprocessors     

Novel portable electrical detection system for DNA SENSOR application

A novel, portable, electrical detection system was constructed for DNA sensor application to detect DNA hybridisation. The read-out circuit consists of an analogue circuit and a digital circuit. The analogue circuit with an IC MAX038 generates a sine wave with a constant frequency (10?kHz), which serves as the input for the DNA sensor. The DNA sensor consists of active and reference sensors. DNA hybridisation between the DNA probe and the target sequences causes changes in the conductance of the conductive membrane (DNA/MWCNTs) on the sensor surface, which lead to changes in the amplitude of the sine wave from the sensor output compared with that of the reference signal output (input sine wave). We used a digital circuit with a microprocessor (PIC33FJ256MC710) to determine the change in the amplitude of the sine wave signal of the sensor. From these digital data, the difference in the amplitudes of the active and reference sensors was calculated and displayed on the liquid crystal display. Measurement results show that the portable electrical detection system can detect DNA target concentrations as low as 0.16?µM. The detection of the amplified polymerase chain reaction sample and the reproducibility of the DNA sensor results were also determined using the designed readout circuit. The proposed electrical detection system is suitable for DNA sensor application.     

基于涡流方法的智能螺纹检测仪的研制

针对目前存在的内螺纹人工检测工作量大的问题,采用基于单片机技术的涡流方法研制了一种智能螺纹检测仪。先设计了一个简单的阻抗测量电路,建立了探头对不同螺纹状态试样和试验频率的阻抗图,然后通过分析该阻抗图找出了适合于用幅度法检测的频率范围,最后通过对探头施加合适的正弦激励信号,用测量探头两端电压的方法完成螺纹检测。对给定的螺纹试样检验结果表明,该仪器可以准确地判断出试样的半牙、无牙和合格状态,并能给出相应的输出信号。     

基于扫频技术的乐甫波器件测试系统

介绍了乐甫波器件的结构,设计制作了乐甫波器件,给出了乐甫器件的制作参数,搭建了基于扫频技术的测试系统,包括信号源模块、信号采集模块、微控制器模块等.通过DDS芯片AD9912在一定频率范围内,以一定频率间隔扫频输出高频正弦激励信号,利用AD8302芯片测量扫频范围内每一频率点的器件输入激励信号与输出响应信号幅值比,描绘出幅频特性曲线,并给出器件谐振频率.该测试系统的测量结果与网络分析仪基本一致,实现了网络分析仪的扫频功能.     

基于MEMS平面弹簧的微小载荷测试方法

本文提出一种微小载荷测量方法,搭建了基于MEMS平面弹簧的测量装置,主要由支撑臂、MEMS平面弹簧和激光位移探测器组成.通过激光位移探测器测量MEMS平面弹簧的微小变形,换算得到所施加的微小载荷.采用深反应离子刻蚀(DRIE)等微加工工艺制作了平面微弹簧,并对其进行理论计算和仿真模拟,给出了刚度范围,最后通过实际测量的方式进行了实验标定.结果显示:MEMS平面弹簧的标定刚度为7.88 mN/μm,其结果与理论及仿真结果较接近,测量精度可达0.08 mN.使用该装置和精密电子天平分别对10组微小质量试块进行测量,其平均误差率为5.75%.