基于电容桥的差动电容检测方法

数字闭环石英挠性加速度计系统主要由石英挠性加速度计表头和数字检测电路组成,其极限精度取决于差动电容检测电路的灵敏度。针对数字闭环石英挠性加速度计前端差动电容检测的需求,给出了一种基于电容桥的差动电容检测方法。利用数字电路产生高频方波进行单载波调制,同时利用交流电容桥结构对载波信号进行处理,并设计后续的差分放大电路对载波信号进一步处理最终实现对微弱差动电容变化的检测。经过实验验证,检测电路对电容的检测最终实现最小分辨率约为1. 8 f F(对应加速度变化1μgn)。     

微机械电容式加速度传感器测试电路研究

在测量硅微电容式加速度传感器时,由于器件信号的微弱和寄生电容的干扰,提高加速度的稳定性和分辨率非常困难.针对这种情况,作者分析对比开关性和调制解调型两种常见微弱电容检测方法优缺点,并提出了一种微电容检测的改进电路,用此电路对电容式加速度传感器进行了测试.数据表明,微加速度计灵敏度为1.63 V/gn,可以检测到10-17F量级的电容值.     

基于FPGA的数字式电容检测系统

基于微机械工艺制作的加速度计,广泛采用差动结构电容变化来反映被测量的方向和大小。近年来针对该需求研制了检测微小电容变化的电路。采用基于FPGA实现的数字式电容检测系统,具有高精度和稳定度,对寄生电阻、电容不敏感,并直接采用数字接口输出。它检测电容变化范围为±2pF,电容检测分辨率可达到0.115fF。将系统连接到灵敏度为1.056pF/g的加速度计后,可以测量的加速度分辨率为0.107mg,对应的动态范围为4.0×104。     

石英挠性摆式加速度计闭环检测电路设计

设计了一种用于石英挠性加速度计系统中的闭环检测电路。开发了基于单载波调制的电容检测电路和伺服驱动电路,在功率放大电路前引入校正环节,提高加速度计系统的动静态性能。实验结果表明,电容检测电路线性度好,分辨力可达到10-16F量级,可检测到的上限差值电容约为7 pF。对加速度计表头进行了重力场翻滚试验,采用四点法对实验结果进行分析,得到了加速度计输出表达式。     

差分电容硅微加速度计检测电路研究

针对硅微加速度计中微小差分电容检测,提出了一种基于调制解调方法的闭环检测电路,介绍了该闭环检测系统的原理框图和实现途径。分析了基于单路载波的前置电容-电压( C-V)转换电路,证明了基于相关芯片的解调方法的有效性,其解调效率仅对开环输出有影响;基于双路反馈电路的静电力平衡回路有效提高该检测系统的线性度。结合硅微加速度计参数和电路设计参数,对加速度计系统进行了仿真,仿真结果显示系统稳定,刻度系数为0.9 V/gn 左右,带宽700 Hz左右。结合表头进行的精密转台实验结果表明该加速度计系统刻度系数0.88 V/gn,量程可达±13 gn。     

开关电路在微机械加速度计中的应用

介绍了一种用于差分电容检测前置电路的开关电路,该电路使信号易于解调而能简化信号处理电路。阐述了电路的工作原理及相关特性,在250 kHz的载波频率下,给出了Hsp ice仿真结果及其具体在微机械加速度计中的应用。实际结果表明:样品的灵敏度为16~25mV/gn,非线性为0.1%~0.5%,满足技术要求。     

微机械电容式加速度计读出电路研究与设计

为了提高电容式MEMS加速度计测量精度,设计了一种应用于MEMS加速度计微弱信号读出电路。读出电路由T型阻容网络放大电路、模拟开关解调电路和四阶带通滤波电路组成,通过Multisim软件仿真分析各模块电路原理并确定影响读出电路的主要因素,进一步优化确定元器件最佳参数,最后制作出PCB电路板并开展实验测试,实验结果表明微弱信号检测准确率达90%以上,能很好满足电容式MEMS加速度计微弱信号检测要求,同时该读出电路具有尺寸小、易调节、易于ASIC集成等特点,在微机械仪表的微小电容检测中有较高的实用价值。     

微电容加速度计系统的设计

为了在总体上把握硅微加速度计的设计,建立了叉指式硅微加速度计的机械模型,研究了全差分二阶∑-ΔADC接口检测电路提取加速度信号,优化了开关电容电路来检测微小电容变化量,运用微机电专用设计软件CoventorWare对系统的机电混合模型进行仿真,并给出数字和模拟的分析结果,为加速度计系统的机械部分和电路部分的设计提供整体的更接近实际的设计参考。     

高精度微弱电容检测系统的设计

针对微弱电容信号的检测问题,提出了一种基于FPGA和数字解调的高精度微弱电容检测系统;通过硬件设计和软件设计,实现了由电源电路、C/V转换电路、FPGA电路、A/D转换电路等组成的高精度电容检测系统;阐述了利用载波调制进行微弱电容检测的原理和系统硬件电路的实现方案,并给出了基于cordic算法的载波生成、数字解调和AD采样控制在FPGA中的具体实现;实际运行表明,该检测系统的电容检测分辨率可达到5fF,具有精度高及抗干扰能力强等优点.     

改善数字式加速度计处理电路温度稳定性的一种方法

介绍了一种电容式微机械加速度计的数字化处理电路,并重点介绍了数模转换器和模数转换器的温度特性。提出通过将调幅信号与载波信号进行相除运算,来显著的改善由于模数转换器和数模转换器引起的加速度计系统稳定性恶化现象。根据载波信号具有的一些与调幅信号不同的特性,运用方波解调的思想,设计了简化的数字方波解调算法对载波信号进行数字解调,这个算法可以节约大量的FPGA硬件资源,并且可以在解调时实现相位自动对准。     

硅微机械陀螺仪结构中的电容分析

为减小杂散电容提高信噪比,分析了硅微机械陀螺仪结构中的电容.并以某硅微机械陀螺仪的理论模型为对象,建立了陀螺仪结构中的电容模型.对每种电容进行了理论分析,并借助电路仿真软件对模型进行了仿真,分析了杂散电容对输出的影响,结果表明布线与活动结构间的电容对输出有很大的影响.提出了采用新工艺和合理的布线方法减小与活动结构间的电容,从而提高信噪比.     

一种双轴电容式微机械加速度计

提出一种双轴电容式微机械加速度计的结构形式.采用一个质量块敏感两个正交方向的加速度,设计的弹性支撑结构巧妙地实现了正交方向的解耦,且结构稳定性好,以梳齿电容实现差动的静电驱动、电容检测.利用MATLAB软件对敏感结构参数、性能参数进行了计算、分析,用ANSYS仿真软件对敏感结构进行了静态和模态分析,从理论上验证了所提出的双轴电容式微机械加速度计整体结构的可行性.     

厚膜混合集成电容式加速度计

设计了电容式加速度计的信号检测电路,与电容式加速度计敏感单元进行联调和测试,并进行了标定。为减小体积,提高电容式加速度计的检测精度,采用厚膜混合集成工艺,将检测电路和电容式加速度计敏感单元集成于一体,并进行了电路测试和性能测试。测试数据表明,其测试精度提高了一个数量级,线性度和温度特性均有很大的改善。     

磁悬浮转子微陀螺的电容检测系统分析和实现

介绍了一种新型磁悬浮转子微陀螺的电容检测方案,其特点是检测定子上径向分布的电容极板和悬浮转子形成差动电容的变化.检测电路为基于相关检测原理的交流电容电桥的方法.电路实现中采用积分电荷放大器作为前置级,对其输出和噪声进行了深入的分析.之后,前置级的输出信号经过低噪声放大器进行放大,再通过带通滤波以及相关解调等电路实现检测系统需要的输出幅值和信噪比.实验证明,实现的检测系统对角度输入有较好的线性响应,角度分辨率达到0.1°,即可检测到的电容变化约为1fF.     

Highly sensitive micromachined capacitive pressure sensor with reduced hysteresis and low parasitic capacitance

This paper describes the design and fabrication of a capacitive pressure sensor that has a large capacitance signal and a high sensitivity of 76 pF/bar in touch mode operation. Due to the large signal, problems with parasitic capacitances are avoided and hence it is possible to integrate the sensor with a discrete components electronics circuit for signal conditioning. Using an AC bridge electronics circuit a resolution of 8 mV/mbar is achieved. The large signal is obtained due to a novel membrane structure utilizing closely packed hexagonal elements. The sensor is fabricated in a process based on fusion bonding to create vacuum cavities. The exposed part of the sensor is perfectly flat such that it can be coated with corrosion resistant thin films. Hysteresis is an inherent problem in touch mode capacitive pressure sensors and a technique to significantly reduce it is presented.     

微机械电容式加速度计的结构设计分析

微机械电容式加速度计的基本参数如固有频率、非线性度、分辨率等首先取决于其本身的结构，因此加速度计结构的设计选取至关重要。本文首先综合比较了微机械电容式加速度计的三种常见结构三明治摆式、翘翘板摆式和梳齿式的各自特点，指出了定齿偏置结构的梳齿式微机械加速度计的优点。并以该结构为分析对象，从加速度计的分辨率、量程、稳定性、灵敏度等性能分析比较了多种结构梁，提出了折叠梁的综合性能最好，最后通过分析计算出了折叠梁在检测方向的刚度。     

电容式力平衡加速度计的设计

电容式微机械加速度计是一种将加速度转换成差分电容、通过检测差分电容的变化来检测加速度大小的一类高精度的惯性传感器.利用开关电容电路实现C-V变换,利用反馈静电力实现力平衡闭环控制,设计了一种电容式微机械加速度计.通过构建电容式加速度传感器及外围电路的数学模型,推导了闭环工作的系统函数.并对实际系统进行研制,最后给出了整个系统的测试结果.     

基于风洞的电容式加速度计检测电路设计

针对风洞试验中的振动,设计了变面积式电容式加速度传感器,阐述了弱信号检测系统并着重介绍了几个重要的模块电路即交流激励信号源电路、电容电压电路、滤波电路、并利用电子自动化检测仿真软件multisim对设计的主要模块电路分别进行了仿真分析。仿真结果表明设计的电路能完成微弱电容信号的检测。同时,为了提高电路性能,对弱信号检测电路中的杂散电容干扰进行了分析研究,并设计了电路对噪声进行了抑制。