基于MEMS加速度计的物体倾角无线测量系统

针对机械、建筑等领域内一些低频、小幅度的倾角测量,设计了一种以MEMS三轴加速度传感器MMA8451Q和MC9S12XS128单片机为核心的倾角测量系统。单片机通过IIC总线采集倾角信号,通过蓝牙模块发送至PC机;利用VB语言编写了相应的程序实现数据接收和绘图功能。该系统可以同时测量出物体在坐标系三坐标轴方向上的倾角。试验研究表明,系统校准后的测量精度为0.2°,可应用于机械平台和土木建筑的倾角测量领域。     

基于小波变换和EMD方法提取趋势项对比研究

分析了小波变换和经验模态分解方法 (EMD)提取信号趋势项的理论和算法,并通过对仿真确定信号加趋势项,基于小波变换和经验模态分解两种方法对振动信号趋势项提取分离,将两种方法所得结果进行比较研究。结果表明,EMD方法提取趋势项,过程更简洁,结果更准确、可靠。     

3D-MEMS加速度计性能试验研究

研究了一种新型三维MEMS加速度计的性能特点和工作原理.针对加速度计的输出接口特点,设计了基于数字信号处理(DSP)芯片的数据采集系统,实现对加速度计信号的高速实时采集.利用多通道缓存串行口MCBSP实现SPI总线方式的数据采集,并采用2个DMA控制器实现了数据的实时传输和存储.基于设计的DSP数据采集系统,对采集的数据进行了处理,分析了加速度计在一定温度下的偏值稳定性和输出重复性,评估了加速度计的性能.     

面向工程振动环境监测需求的MEMS加速度计及其应用

要:随着我国重大建设项目的日益增多,核电设施、大型桥梁、大科学装置等重要建筑工程对其所处环境的振动控制要求愈发苛刻,对工程振动的监测需求也日益强烈.基于硅微加工和超精密制造的MEMS加速度计集成度更高、尺寸更小、功耗和成本更低,高度契合需要使用极多加速度计的振动环境监测的应用需求.文中介绍了压电式和电容式MEMS加速度...     

基于MEMS陀螺仪和加速度计的动态倾角传感器

仿人形机器人各关节的姿态及重心位置是其步态控制研究的关键.为了获得这些姿态数据,设计了一种基于MEMS陀螺仪和加速度计的低成本动态倾角传感器,利用卡尔曼滤波算法将陀螺仪和加速度计输出的数据进行滤波融合,解决了加速度计因机器人的线性加速度而无法准确测量其动态倾角、陀螺仪因存在漂移等而长时间测量精度不高的问题.实际测试结果表明,所设计的传感器能够测量动态倾角并具有较高的精度,可以满足仿人形机器人姿态控制的需要.     

MEMS电容式加速度计可靠性研究

探讨了MEMS电容式加速度计的结构、电路、制造工艺和系统等各方面的可靠性,总结出了表面粘附、结构断裂、分层失效和辐射失效等几种主要失效模式,并进行相应的失效机理分析.通过可靠性实验进行了验证,发现非致命的环境影响因素中,温度对电容式加速度计性能影响最大,最终完成了满足实用化要求的MEMS微加速度计设计.     

基于MEMS微加速度计的无视觉传感器防摇控制系统研究

通过建立起重机吊重摆动的数学模型,明确吊重摆角与小车运行加减速之间的关系,并将MEMS微加速度计应用到起重机的防摇控制中,建立闭环控制系统,适时根据吊重摆角大小修正小车速度指令,实现防摇控制。实验证明,这种方法简单、经济,不需要安装视觉传感器测量吊重摆角,可以有效地消除载荷的摇动。     

三轴数字MEMS加速度计现场标定方法

微机电系统(micro electro mechanical systems,简称MEMS)加速度传感器作为低成本惯性测量单元在物体姿态监测中有着广泛应用。根据三轴数字加速度传感器的输出数学模型,详细推导了如何计算数学模型中标度因数、安装误差系数以及零偏值。提出一种基于长方体的六位置简单标定方法,对比三轴转台精确标定结果表明六位置简单标定法简单易行,精度较高,易于单片机实现,适合不具备三轴转台的场所,且该方法对MEMS三轴数字加速度计的校准具有很好的通用性。     

基于几何反弹簧结构的高分辨率MEMS加速度计北大核心CSCD

为了提高MEMS加速度计分辨率和灵敏度,提出并设计了一种基于几何反弹簧原理的新型MEMS加速度计结构。拟采用静电力将加速度计静态工作点设置在梁低刚度位置来提高灵敏度。首先通过理论计算和有限元仿真,分析了几何反弹簧结构实现准零刚度的原理,并优化了关键几何参数;其次基于免划片SOI工艺完成了MEMS芯片制作;最后搭建了开环测试电路进行测试验证。测试结果表明:施加25 V偏置电压后,加速度计灵敏度从46.3 mV/g提高至51.1 mV/g,线性度为0.99%。验证了静电偏置几何反弹簧结构通过降低刚度系数来提高加速度计的灵敏度的可行性。     

硅微加速度计测控线路设计及参数调整方法研究

首先介绍了硅微加速度计机械部分的工作原理及电容检测方法，同时分析了整个电路系统框图，然后构建出硅微加速度计系统总体结构，并将机械部分和电路部分在S域进行统一整合。利用MATLAB软件控制工具研究了校正环节对系统稳定性和动态性能的影响情况。通过大量实验给出了优化参数组合下的开环频率特性和零位漂移特性。最后得出结论：通过对重要校正环节的参数进行正确的调整可以很好地改善系统工作性能，并能提高系统输出的稳定性。     

推挽式线性驱动隧穿加速度计研究

介绍了隧穿加速度计的工作原理,设计了一种利用线性梳齿驱动、推挽式力平衡闭环控制的MEMS隧穿加速度计,采用体硅溶片工艺研制出了原理样机,由于结构和工艺简单,获得了较高的成品率,此技术还应用于隧穿陀螺仪和隧穿磁强计的研制.     

SDB技术在MEMS加速度计中的应用

介绍了硅硅直接键合(SDB)技术的反应机理、实现方法和技术优势,重点阐述了SDB技术在MEMS加速度计中的应用;通过初步测试,表明利用SDB技术制作的加速度计具有很好的稳定性.     

大量程MEMS加速度计在高温环境下的多元相依可靠性评估

以往在进行微电子机械系统(micro-electro-mechanical system, MEMS)加速度计的可靠性评估时,通常只考虑一种性能参数,导致所得到的可靠性评估结果比较片面。针对大量程MEMS加速度计在高温环境下的失效情况,设计了相应的加速退化试验,根据零偏和标度因数两种性能参数的退化情况对大量程MEMS加速度计进行了多元相依可靠性评估。结果表明,对大量程MEMS加速度计进行多元相依可靠性评估可以提高评估精度,得到更为准确的结果。     

基于激波的MEMS微结构底座冲击激励方法研究

为了能够在较高的温度环境中测试MEMS微结构的机械模态参数,本文提出了一种以高压电容空气放电为手段,以激波冲击为特征的底座激励方法。阐述了基于激波的底座冲击方法的原理和具体实现方式,并分析了放电电容、回路电阻、回路电感等参数与激振装置激励能力的关系。设计并研制了可应用在室温环境中的MEMS微结构动态测试装置,并在此基础上研制了高温环境微结构动态测试系统,系统中使用基于激波的底座冲击激励装置对微结构进行激励,采用激光多普勒测振仪获取微结构的振动响应信号。分别测试了两种尺寸的单晶硅微悬臂梁在室温~500℃温度环境下的动态特性,结果表明微悬梁的谐振频率随温度的升高而减小,并呈近似线性关系,与其他研究人员的研究结果有很好的一致性,验证了基于激波的底座冲击激励方法的可行性。     

EMD在非平稳随机信号消除趋势项中的研究与应用

通过研究EMD法的实现过程,在平稳随机信号中加入趋势项,仿真成均值具有趋向性的非平稳随机信号,并用最小二乘法、小波法和EMD法分别进行消除趋势项处理,通过比较消趋后信号和原始信号的均值、方差和相关系数等参考量,提出具有自适应性的EMD法在剔除非平稳随机信号趋势项中的可行性和实用性。     

基于全加速度计惯性测量单元的微震颤测量技术研究

对基于全加速度计惯性测量单元的微震颤测量技术进行研究和分析,设计了测量系统的方案并研制了实验样机,惯性测量单元采用9加速度计的配置形式;推导了加速度计输出的比力方程,提出了将积分法和开方法结合起来求解角速度的算法;给出了利用四元数求解捷联矩阵的数值求解方法和在惯性坐标系下载体系上任意位置在任意时刻坐标的数值求解方法。     

经验模分解在信号趋势项提取中的应用

研究了经验模分解方法(EmpiricalModeDecomposition,简称EMD)在信号趋势项提取中的应用,提出了基于EMD方法在不同频率限制要求下信号趋势项的定义和提取方法。通过应用于数值模拟信号及实测记录,验证了此定义的可靠性。分析结果表明,EMD方法依据信号自身的特性来定义趋势项,无需预先假定其类型,是一种提取信号趋势项的良好方法。     

高 g值冲击下 MEMS器件可靠性研究

以基于SOI的MEMS开关器件为研究对象,建立了以SOI器件为基本结构的有限元分析模型,此次实验采取的是在SOI层上镀上一层Au,以便进行电路连接,并加载500～5000 g的惯性力进行有限元分析。经ANSYS有限元的分析,在500 g高惯性力的作用下,最容易产生金属层的脱落现象,造成MEMS器件的失效。通过这种方式对不同结构的MEMS开关器件进行有限元分析,限制其阀值加速度,减少由于惯性跌落试验而造成的实物破坏。     

趋势项对时域参数识别的影响及消除

在冲击激振和环境激振中采集的数据，常含有无用的趋势项，本文通过实例分析了这种趋势项对短样本时域参数识别的影响，提出了衰减过程中趋势项的处理方法及注意事项。     

叶尖定时信号趋势项自适应拟合

叶尖定时测量是航空发动机叶片振动监测关键技术,趋势项拟合作为定时信号预处理中的重要研究内容,是高精度叶片振动参数辨识的基础与前提。在航空发动机连续变工况运行条件下,当前趋势项拟合方法无法自适应调整拟合窗宽度,导致消除趋势项效果差,严重影响后续叶片振动分析。针对变工况条件下定时信号趋势项拟合难题,以相关系数作为趋势项拟合效果评价指标,提出趋势项自适应调节窗宽度拟合方法。采用航空发动机高压压气机叶尖定时试验数据进行验证,结果表明,所提方法由于能够自适应调节拟合窗宽度,可保证趋势项拟合效果最优,在满足有效去除趋势项的前提下能够完全保留原始振动信息,对实现高精度叶片振动参数辨识具有重要意义。