单芯片集成加速度计陀螺的研究

讨论单片集成加速度计陀螺的结构及其工作原理，并对单结构加速度计陀螺的加速度信号和陀螺信号的分离进行了阐述．在以往的微型惯性测量组合中，加速度计和陀螺是分离的，这样将产生较大的轴间耦合误差．设计了双质量块振动系统，利用一个敏感头同时测量加速度和陀螺信号．在此基础上讨论了陀螺的驱动电路与信号检测电路．     

力平衡式三轴微加速度计的设计与分析

设计了一种具有单一检测质量的力平衡式三轴微加速度计．采用硅-硅键合工艺形成作为单一检测质量块的硅片组合。利用全差分电容检测法实现对加速度三轴分量的检测．通过提高检测质量的重心，有效增加了X、Y轴的灵敏度．利用ANSYS仿真软件对该微加速度计进行了模态及静力学分析，提出了优化设计参数．3个检测模态（1阶、2阶和3阶模态）的频率分别为1．329kHz、1．345kHz和2．174kHz．通过优化设计，提高了3阶模态和4阶模态的频率差距，降低了其他高阶模态的干扰．在100g（g为重力加速度）的Z向加速度作用下，悬臂梁所受的最大应力为46MPa。小于单晶硅的弯曲极限值70-200MPa．静力学分析表明，加速度计的悬臂梁结构参数能够满足加速度计的力学性能要求．     

业界首款商用三轴加速度计ADXL377

Analog Devices,Inc.最近推出业界首款商用模拟三轴高g MEMS加速度计。ADXL377可测量±200g满量程范围内且无信号饱和情况下由冲击和振动引起的高冲击事件的加速度。该测量范围与可连续捕捉冲击数据的模拟输出相结合     

静电悬浮加速度计真空装置的研制

静电悬浮加速度计是重力测量卫星的关键载荷之一,静电悬浮加速度计长期保持优良的高真空是控制其噪声水平的必要措施.与地面应用不同,静电悬浮加速度计的真空室是上天产品的组成部分.本文采用吸气剂泵与微型溅射离子泵组合维持真空室的工作真空度,实际达到10-7 Pa量级,其中吸气剂泵由三个非蒸散烧结型多孔吸气剂、铂铑-铂热电偶、4根真空电引线及壳体组成,高温活化并回到室温后,对CO的初始吸气率为15 l/s;微型溅射离子泵具有0.4 l/s的氮抽速,用于抽除惰性气体和碳氢化合物.为了防止吸气剂的碎渣掉进敏感结构内,造成电极短路,以及阻挡吸气剂活化时对敏感结构的高温辐射,在吸气剂和敏感结构间设置滤片-挡板组件.底座材料为殷钢,安装面的平面度和平行度为1 μm.底座上有28根真空电引线,具有上千伏的高压绝缘性能.主抽气机组采用溅射离子泵与分子拖动泵的组合,前级泵采用机械隔膜泵,真空度达到优于5×10-7 Pa.     

静电悬浮加速度计气体阻尼及其对控制系统特性影响分析

在分子流状态下,将余弦定律应用于静电悬浮加速度计荷载气体阻尼力分析中,推导出了静电悬浮加速度计中气体阻尼系数的计算公式.通过该公式,可以方便地进行静电悬浮加速度计控制系统动态和静态特性的设计分析,同时对分子流状态下的真空度变化对控制系统特性影响进行了计算机仿真分析,获得了部分有益的结论.     

新型三轴压阻式硅微加速度计的研究

微惯性系统以及其他高精密场合往往需要高精度三轴加速度计来检测三个垂直方向加速度矢量。针对类似需求,介绍了一种四边八梁结构式三轴压阻式硅微加速度计,利用硅衬底上单一质量块和惠斯通半桥结构可同时实现三个轴向上的加速度高精度测量。另外设计了微加速度计在高过载环境下的硅一玻璃防护结构和体硅加工工艺,并通过ANSYS仿真和试验验证了加速度计结构的合理性,还对微加速度计相关性能进行了测试,测试结果表明,该微加速度计具有较高的测量精度和较好的线性度,满足设计要求。     

静电悬浮加速度计敏感结构的热噪声分析

分析了影响静电悬浮加速度计分辨率的辐射计效应、热辐射压力、气体黏滞阻力3种热加速度噪声的产生机理,定量分析了一定条件下3种热噪声的影响,提出了通过温控减小加速度计质量块周围的温度梯度,以及提高加速度计敏感结构内部真空度等措施,以减小加速度计的热噪声.对用于低低卫-卫跟踪(SST-LL)重力测量的静电悬浮加速度计(其在10-4～10-1Hz的测量频带内精度为1×10-9m·s-/√Hz),如果加速度计敏感结构内部的真空度为5 ×10-4pa,则敏感结构周围的温度噪声必须控制在0.K/√Hz以内.     

静电悬浮式电容差分加速度计测量原理与动特性设计

目前,加速度计在惯性导航、大地勘探等领域都已得到了广泛的应用.在深空探测的大背景下,用于测量重力梯度的加速度计必须具有更小量程和更高的分辨率.静电悬浮式电容差分加速度计是可选方案之一.此类加速度计的工作原理与经典的弹簧振子系统相似.研究与检测质量块、伺服控制的静电反馈力和空气阻尼相关的各个参数对系统指标的影响将有助于此类加速度计的设计.首先介绍电容差分式加速度计的结构设计和工作原理,并从理论上比较此类加速度计与经典弹簧振子系统的异同.在此基础上以弹簧振子系统为原型,建立此类加速度计的动力学模型,并以这个动力学模型为对象分析此类加速度计系统的动力学特征,包括其动力学方程、固有频率、阻尼频率、脉冲响应和阶跃响应等.同时分析加速度计机构参数和伺服控制电路参数对系统动力学特征的影响.由于此类加速度计是用于测量空间重力梯度这类慢变信号的,因此还重点分析在低频信号输入时的系统响应特征.     

静电悬浮加速度计与真空有关的噪声分析

从麦克斯韦速率分布函数和克努曾的"吸附层"假说出发,推导出静电悬浮加速度计核心部分因辐射计效应和残余气体平衡态阻尼引入的加速度热噪声表达式。指出辐射计效应是加速度计噪声的一个重要来源,气体阻尼的影响相对较小;加速度计长期保持优良的高真空是控制这两项噪声水平的必要措施;认为出气效应比辐射计效应大一到两个数量级是错误的。     

体硅隧道加速度计

为了降低成本 ,拓展隧道加速度计的应用 ,作者设计了一种隧道加速度计 .对器件进行体硅工艺研究 ,结果为 :隧尖尺寸为 0 .0 2 μm× 0 .0 2 μm ,隧道电流为 1.14nA～ 4.68nA .     

弯曲型ICP加速度计

本文就ＩＣＰ加速度计作一简介，并且对弯曲型的结构进行浅析。作者认为ＩＣＰ加速度计是今后采用天然或人造晶体作为敏感元件的加速度计的发展方向。本文为该项研究的简要报告。     

硅微加速度计操作原理

本文在大量研究的基础上，说明了可能作为加速度计操作原理的几种方案，介绍了这几种方案的基本原理和基本结构。     

单片三轴硅微机械振动陀螺仪研究

设计、制造了一种单片集成三轴硅微机械振动陀螺仪.该器件由两个结构完全相同的单轴水平陀螺仪和一个单轴垂直陀螺仪组合而成,三只单轴陀螺仪均采用静电驱动、电容检测的结构形式.采用体硅溶解薄片法制造了该三轴陀螺仪芯片,并对其在空气中的驱动性能进行了初步测试.测试结果表明,该单片三轴硅微机械振动陀螺仪驱动模态的实际谐振频率与理论值之间的最大误差小于5%,满足设计要求.     

基于椭球假设的三轴加速度计无依托校准方法

针对现有航姿测量系统三轴加速度计校准方法成本高、精度低以及现场校准能力不足的问题,本文提出了一种基于椭球假设的无依托现场校准方法.首先,根据传感器的灵敏度、偏置以及非正交耦合因素对加速度计的影响,建立了误差椭球校准模型.该模型将三轴加速度计的校准过程转化为将椭球面还原成圆球面的几何变换过程,使得校准参数由15个减少到9个,同时克服了部分非正交耦合参数难以辨识的问题.其次,构造了变权值似然目标函数,根据加速度计测量值的方差调整权值大小,从而降低了测量噪声对校准结果的影响.最后,运用粒子群优化(PSO)算法求解几何变换参数的最大似然估计值,并利用椭球校准模型对三轴加速度计进行校准.实验结果表明,采用椭球假设无依托现场校准方法不依赖外部辅助姿态信息,可在现场将航姿测量系统的倾角误差降低为校准前的1/5,满足了航姿系统的使用需求.     

微型静电悬浮Z向加速度计的计算机模拟

本工作针对一种新型的电容式力平衡加速度计－微型静电悬浮Ｚ向加速度进行了计算机模拟。模拟中的Ｚ向加速度计拟采用微机械加工技术在硅片上制作，利用静电悬浮原理平衡质量块，感应加速度并输出信号。计算机模拟分析了加速度计的悬浮特性，稳定特性，响应特性。对Ｃ－Ｆ转换电路的输出特性也进行了分析，该电路可用ＣＭＯＳ工艺集成在加速度传感器的周围。模拟结果表明该加速度计的悬浮特性，稳定特性，响应特性。对Ｃ－Ｆ转换电路     

硅微加速度计的建模与仿真

根据物体相对运动理论,采用能量法表述了建立硅微加速度计功能组件模型的一般方法,并以Verlog-A为模型编码语言实现了硅微加速度计参数化组件模型.利用这些参数化的功能组件模型,在Saber仿真平台上构建了电容式微加速度计系统级模型,并进行了仿真.频域仿真结果表明系统的谐振频率相对于有限元模态分析结果,计算精度相差在3%以内;时域仿真结果表明使用该系统级模型能够快速进行复杂机电耦合系统时域行为分析,输出电压仿真结果与实测值相差在7.5%以内.     

微机械硅加速度计的性能分析

介绍了各种类型的微机械硅加速度计的工作原理及特性,通过比较各类型硅加速度计的优劣,提出了高灵敏度硅加速度计的设计思路及实现方法。     

硅微加速度计及其集成测量系统研究

本文从加速度传感器军民两方面的需求出发,介绍了MEMS制造技术及国外采用MEMS加工技术研制的几种一维和三维硅加速度传感器,在此基础上研究了集成加速度测量系统及其工作原理。