微机电加速度计的六位置标定

加速度计是惯性导航系统测量载体加速度和影响惯性导航系统精度的主要元器件.为提高惯性导航系统的精度,在使用加速度计以前需要进行加速度计的标定测试[1].主要介绍了微机电(Micro Electro Mechanical Systems,简称MEMS)加速度计的六位置标定法,以便从MEMS加速度计的误差模型中分离出MEMS加速度计的各项标定参数.这些参数包括MEMS加速度计的标度因数、零位漂移以及安装误差系数.并且在得到MEMS加速度计的各项标定参数后将其封装在C函数中进行了验证实验.实验结果表明MEMS加速度计的六位置标定法的原理简单并且在工程应用中容易实现,所得到的MEMS加速度计的输出不但反映了MEMS加速度计的实际输出,而且使MEMS加速度计的线性度得到改善.     

基于多目标遗传算法的Σ-ΔMEMS加速度计优化设计

针对单目标遗传算法设计优化高阶Σ-Δ微机电系统(Σ-ΔMEMS)加速度计时易出现的稳定性问题,提出了基于多目标遗传算法的MEMS加速度计环路滤波器优化设计方法.对三阶非限定性Σ-ΔMEMS加速度计系统,采用多目标遗传算法,将∞—范数和信噪比作为设计目标对其环路滤波器参数进行优化设计.结果表明:相比只针对信噪比进行优化的传统单目标遗传算法,多目标遗传算法在确保高信噪比的同时,提高了系统的相位裕度,使得最大稳定输入信号范围增幅超过1倍,增强了系统对MEMS敏感元件工艺误差的鲁棒性.     

MEMS加速度计的六位置测试法

主要介绍了MEMS加速度计的六位置测试法,根据MEMS加速度计输出数学模型详细推导了如何得到MEMS加速度计的输出数学模型中的刻度因数、零偏以及安装误差,并在得到其标定系数后将其封装在C函数中进行了验证实验.通过实验数据分析可知,MEMS加速度计的六位置测试法原理简单、易于实现,且精度较高.这种标定法所得到的MEMS加速度计输出能够比较准确地反映其输出,而且MEMS加速度计的线性度有所改善.     

振动环境下MEMS加速度计的可靠性评估

在MEMS加速度计加速寿命试验及加速性能退化试验研究的基础上,对MEMS加速度计在振动环境下的可靠性技术进行了研究.通过理论分析MEMS加速度计在振动环境下的失效模式和失效机理,结合具体的试验条件设计了加速度计加速寿命试验及加速性能退化试验方案,并对MEMS加速度计在振动环境下的失效数据分别进行了加速寿命可靠性评估及加速性能退化可靠性评估.研究表明,两种评估方法得到的评估结果基本一致;加速性能退化评估方法适用于MEMS加速度计在振动环境中的可靠性研究,且该方法简捷、正确可行、节省试验费用,为MEMS加速度计在实际应用中提供了重要的参考依据.     

基于MEMS加速度计的输入系统的研究

该文章介绍了一种新的电脑无线输入系统,使用MEMS微加速度计作为系统的敏感元器件.该输入系统包括发射端和接收端两个子系统.文章分别从工作原理、软硬件设计等方面介绍了该输入系统,包括所使用的微加速度计、微处理器和传输模块,并给出了输入系统的第一代实际PCB原型.并且在二维的基础上扩展了微加速度计在三维的应用,设计了一个新的三维模型,并进行了试验的验证.     

MEMS加速度计信号光电检测与电容检测的噪声分析

在高精度MEMS扭摆式加速度计电容检测和光电检测实现原理的基础上,分析了该加速度计热机械噪声和电学噪声特性.该加速度计结构在品质因数Q=1和Q=85时,热机械噪声分别为2.4μgn/根号Hz和0.28 μgn/根号Hz.对于电学噪声,电容检测的电学噪声为3.27 μgn/根号Hz,光电检测在只考虑电学噪声时能分辨的最小加速度可达0.05 μgn.对比得出对于扭摆式加速度计结构,光电检测具有比电容检测更小的系统总噪声.     

MEMS加速度计噪声分析与降噪方法研究

针对微机电系统(MEMS)加速度计的随机噪声对输出信号干扰的情况,提出了对加速度计噪声源及噪声类型进行辨识、估计与建模,并确定误差补偿的降噪方法,以提高加速度计精度.采用Allan方差分析法对MEMS加速度计的随机噪声进行分析,得到了影响MEMS加速度计性能的几种主要随机噪声,使用自回归滑动平均模型(ARMA)对加速度计输出数据进行数学建模,以最终预测误差(FPE)准则确定使用的模型与阶次.设计了Kalman滤波算法,对加速度计进行降噪,通过Allan方差方法对Kalman算法滤波效果进行分析.实验结果表明:Kalman滤波能有效降低加速度计的随机噪声.     

微机械电容式加速度计检测电路设计

通过对MEMS电容式加速度计的差分电容检测电路优缺点的比较,结合直流充放电检测方法和交流测量方法的优点,设计了微分检测电路,用方波作为载波。该电路由方波信号发生器、微分电路、全波整流电路和滤波电路组成。经试验验证:可检测到10-16F的差分电容,且其非线性度小于±1%FS,可作为MEMS电容式加速度计的后续处理电路。     

低热机械噪声MEMS加速度计设计

介绍了一种能够在大气条件下具备低噪声、高灵敏度特性的MEMS加速度计设计、制作与测试.器件采用梳齿电容检测方法,利用MEMS体硅加工工艺,实现了210对梳齿的加速度计制作.该加速度计不需要真空封装和阻尼孔就能实现低热机械噪声特性,其理论热机械噪声为0.018μg/√Hz.加速度计芯片在大气封装和无阻尼孔情况下Q值高达4...     

电子罗盘的标定方法研究

分析了对基于MEMS加速度计和磁强计的电子罗盘进行误差系数标定的重要性,介绍了MEMS惯性器件误差来源及其类型,着重分析了静态误差的来源,并建立了相应的静态误差模型.在此基础上,分别给出了MEMS加速度计和磁强计的误差因子标定方法,并详述了标定的步骤.设计的MEMS加速度计静态误差标定方法,结合位置转台,仅需6位置即可同时实现加速度计多种静态误差系数的标定,而磁强计的标定则要分不同的误差类型依次进行,数学实现方便快捷可靠,可满足一般性手持设备的导航精度要求.     

一种无线传感器监测系统的设计和研究

给出了一种无线传感器监测系统的设计与开发,结合MEMS微传感器和无线通信技术,研究了MEMS微加速度计检测信号的测量与无线传输技术,设计了系统电路,并完成了原型装置的制作与调试。通过无线、有线传感器的时频响应特性比较表明,无线传感器监测系统能够满足桥梁健康监测的要求。     

基于MEMS传感器的飞行姿态指示系统

采用MEMS传感器设计了一种飞行姿态指示系统.给出了系统的原理及整体框架,重点阐述了系统的硬件电路和软件的设计.系统以32位处理器STM32F103C作为控制核心,采用MEMS加速度计和磁传感器测量各轴向的重力加速度分量和地磁强度,进而确定飞行姿态.与传统姿态指示系统相比较,该系统体积小、功耗低.试验表明该系统具有较高的可靠性,适合无人机等体积小、机动性低的飞行器.     

基于MEMS器件的倾角指示系统研究

研究了一种基于MEMS加速度传感器的倾角指示系统,包括倾角指示系统的工作原理、硬件设计以及软件算法流程。与传统倾角仪相比较,该系统体积小、功耗低。试验结果表明该系统具有较高的可靠性,可用于指示需要进行姿态控制的各类飞行器的姿态。     

基于MEMS加速度传感器的飞行器倾角测量系统设计

根据MEMS加速度传感器的工作原理和特点,研究了一种基于MEMS三轴加速度传感器和C8051F352单片机的飞行器倾角测量系统的实现方法;介绍了倾角的测量原理及整体框架,重点阐述了系统的硬件电路设计和软件设计;该系统体积小、功耗低且可靠性高,可用于各类飞行器的倾角指示和测量。     

基于微加速度计的鼠标系统设计

设计了一种新型的输入设备--微加速度计鼠标系统,该系统融合了MEMS微加速度计和无线射频技术,能够实现传统鼠标的功能.该系统由用户控制和信号接收两部分组成.无线射频技术使得用户控制模块能够摆脱线缆的束缚,在空中自由运动,并可通过人体任何部位进行控制.二维旋转角算法和按键模拟算法的提出,使该鼠标系统能达到比传统鼠标更高的控制精度、更高的DPI,实现无按键的操作.     

Analysis and fabrication of a novel MEMS pendulum angular accelerometer with electrostatic actuator feedback

A new type of sensor to directly detect angular acceleration is essential for inertial and control technology. The above interest motivates us to propose a novel micro electromechanical system (MEMS) pendulum angular accelerometer with electrostatic actuator feedback. It adopts a proof pendulum with optimized moment of inertia, suspended to dual anchors by a pair of torsion spring beams, as sensing component. A pair of electrodes are designed as differential capacitors to detect the torsional angular of pendulum, then measure input angular acceleration in sensing axis. Another pair of electrodes are designed as electrostatic actuators for feedback control loop. The structure and operating principle of the MEMS angular accelerometer are introduced. Then, the structure kinetics analysis and signal detecting scheme based on differential capacitors are provided in detail, and the sensitivity and resolution of sensor are derived. Compared with the other MEMS angular accelerometers, the proof pendulum with optimized moment of inertia improves sensitivity and resolution of sensor. The electrostatic actuators feedback loop optimizes the dynamic capability and nonlinearity characteristic. The sensor is fabricated by MEMS fabrication technology. The ANSYS simulation and test results prove the validity of the theoretical analyses. The MEMS angular accelerometer can be used in industrial robots and aircraft by further implementing the signal processing electrocircuit.     

三维MEMS加速度计的性能测试方法与分析

文章针对一种三维MEMS加速度计,提出了三维加速度计的测试方法,并根据测试结果对此加速度计进行了性能分析。通过对其设计原理和内部结构的描述,指出该型MEMS加速度计的结构优点及性能特点。针对该加速度计,作者设计了测试装置,制作了测试电路,并在文章中详细描述了测试原理及整个测试过程。分别在三个方向上,对此三维MEMS加速度计进行了多次对比测试,同时采集包括标准加速度计输出和MEMS加速度计三向输出在内的四路信号,以便进行冲击方向上两加速度计的横向对比和三向MEMS加速度计的轴间耦合分析。测试结果表明,此测试方法和装置是可靠有效的,且具有一定的通用性可用于其它类似传感器的测试分析中。     

基于MEMS压力传感器阵列的浪涌检测技术研究

提出了一种基于微机电系统(MEMS)压力传感器阵列的浪涌检测技术.通过在压力作用区域内布放MEMS压力传感器阵列,从而获取各测试点上的压力值,对这些压力值进行处理得到相应区域的压力变化趋势.经MEMS压力传感器阵列检测实验系统验证表明:此设计方案能够准确检测到浪涌信号,分辨出浪涌的方向及幅值变化.     

Accurate Assessment of Packaging Stress Effects on MEMS Sensors by Measurement and Sensor–Package Interaction Simulations

In this paper, packaging-induced stress effects are assessed for microelectromechanical systems (MEMS) sensors. A packaged MEMS sensor may experience output signal shift (offset) due to the thermomechanical stresses induced by the plastic packaging assembly processes and external loads applied during subsequent use in the field. Modeling and simulation to minimize the stress-induced offset shift are essential for high-precision accelerometers, gyroscopes, and many other MEMS devices. Improvement of plastic package modeling accuracy is accomplished by correlating finite-element analysis package models using measured material properties and package warpage. Using a refined reduced-order MEMS sensor and package interaction model, device offset is simulated, optimized, and compared with data collected from a unique three-axis accelerometer, which uses a single mass for all three axes sensing. As a result, this accelerometer has achieved very low offset in all axes over device operation temperature range of to . Device offset performance was improved by at least five times after the MEMS design optimization as compared with the one prior to the optimization.     

六轴MEMS传感器空间定位设计与实现

文中主要讲述了基于3轴MEMS陀螺仪,3轴MEMS加速度计空间定位的研究。为了避免环境对定位的影响,文中根据物理原理建立运动模型,结合坐标变换方法,在低功耗无线单片机CCA30平台上利用集成了3轴MEMS陀螺仪,3轴MEMS加速度计的芯片MPU60x0设计了一套新的空间定位系统,并采用SimpliciTI协议传输信息。该系统具有高度集成、电路简单、体积小、极低功耗、易扩展、易维护等优点,可以作为基于无线网络定位的辅助手段,改善定位精度,亦可在精度要求相对较低的定位领域应用。