磁路温度特性对力平衡加速度计精度的影响研究

针对温度对加速度计磁路的影响进行了研究.温度影响分为环境温度变化造成的影响和加速度计自身工作发热造成的影响两方面,针对这2种原因分别进行了仿真计算.结果证明:环境温度变化时,反馈磁路的结构变化将导致磁参数温度漂移;工作反馈电流产生的热效应使反馈磁路的上下结构变形,变形为不对称变形,不对称性是另一个导致输出漂移的原因.为设计低温度系数的加速度计提供了理论依据.     

加速度计组件温度特性在系统建模

捷联惯导系统(SINS)内部工作温度的升高会引起其中加速度计组件输出脉冲产生漂移.分析了SINS初始对准精度与加速度计组件温度漂移的关系,设计针对双轴位置转台的五位置升温实验,分离出加速度计组件零偏、标度因数误差和温度之间的关系,最终通过多项式拟合建立起补偿模型.常温条件下(25℃～50℃)系统应用结果表明,该建模和温度补偿方法可以改善加速度计组件安装误差标定精度,并提高SINS对准精度和快速启动能力.     

叉指微加速度计的设计与闭环检测研究

设计了一种“叉指式”微机械加速度计和相应的闭环检测电路,介绍了此微加速度计的加工工艺,并使用Ansys软件进行了模态分析和机械分析,仿真结果跟理论计算相吻合。最后对该闭环微加速度计进行了测试,得到的测量线性度为2.5%,刻度因子为3V/g。     

电容式微加速度计的噪声分析

噪声是以微弱信号处理为特征的电容式微加速度计性能提高的主要制约因素。针对电容式微加速度计的噪声,详细分析和研究了其特性。首先分析了电容式微加速度计的系统噪声由机械热噪声和电路噪声两部分组成;采用热力学均分理论和集成电路噪声特性分别对机械热噪声和电路噪声进行建模、分析和计算,得到了机械热噪声等效噪声加速度和各级电路的噪声值。然后用自行设计的微加速度计表头和接口电路进行试验,实验结果验证了噪声模型的正确性,确认了电容式微加速度计电容检测电路—电荷放大器是最主要的噪声源。     

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。     

倾角传感器时漂的机理分析 与补偿方法的研究

时间漂移是倾角传感器产生测量误差的主要原因之一,对其进行合理的分析并研究补偿方法具有重要的意义.本文简要介绍了基于挠性加速度计的倾角传感器的工作原理,分析了其时间漂移产生的原因,提出了一些克服时漂的方法,实际应用表明了这些方法是切实可行的.     

梳齿式微机械加速度计的研制

微机械加速度计作为微机电系统(MEMS)的一个重要产品,目前已经得到了广泛应用.本文首先从整体上提出了微机械加速度计的工作原理和数学模型,并着重讨论了各个部分之间的关系;然后根据敏感元件的特性,对伺服回路的几个关键参数,即预载电压、PID校正参数和反馈增益,进行了分析;本文最后给出了一种加速度计整体性能的测试结果,结果表明:微机械加速度计的量程为±15gn,非线性度为0.041 9%,阈值为0.15 mgn,2 h稳定性误差为0.084 5 mgn,逐次启动重复性误差为0.156 mgn.     

振动下惯性随钻测量的方位漂移闭环补偿

为解决振动下惯性随钻测量(Measurement While Drilling,MWD)方位角失真的问题,提出一种方位漂移在线闭环补偿方法.考虑陀螺仪随时间漂移而加速度计长时测量稳定,利用多传感器分布式信息融合,获得微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit,MIMU)测量加速度和重...     

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.     

非硅MEMS电容式微加速度计的测控电路设计

为了提高MEMS微加速度计的量程和抗过载能力,设计了基于UV-LIGA技术的非硅MEMS电容式微加速度计。针对该加速度计,设计了基于相敏解调的差分电容测控电路。检测通道主要由前置级电荷积分放大电路、带通滤波电路、相敏解调器、低通滤波以及电平转换电路组成,反馈通道由低通滤波和加法电路组成。完成了微加速度计测控电路的调试和检测通道的标定实验,实验表明:检测通道的量程约为±6 pF,灵敏度为89.3 mV/pF,线性度为2.59%,满足加速度计检测通道的要求。     

电容式微加速度计的噪声特性

电容式微加速度计的噪声包括机械热噪声和电热噪声 ;主要分析了机械热噪声在开环系统和闭环系统中的噪声特性以及开环系统和闭环系统检测的动态范围 ,提出电容式微加速度计的噪声主要由机械热噪声的大小决定 ;同时 ,机械热噪声的大小又主要取决于温度和机械阻尼的大小     

MEMS高g加速度传感器封装热应力的研究

封装热应力是导致MEMS器件失效的主要原因之一,本文设计了一种MEMS高g加速度传感器,并仿真研究了传感器在封装过程中的热应力及影响其大小的因素。根据封装工艺,建立设计的高g加速度传感器封装的有限元模型,利用AN-SYS软件仿真传感器在不同的贴片工艺中受到的热应力及影响热应力的因素。结果显示,在封装中,与直接贴片到管壳底部相比,MEMS高g加速度传感器芯片底面键合高硼硅玻璃后再贴片到管壳底部时,封装热应力可从135MPa降低到33MPa;在贴片工艺中,基板的热膨胀系数和贴片胶的弹性模量、热膨胀系数及厚度是影响封装热应力的主要因素;在健合工艺中,基板和键合温度主要影响到热应力的大小。     

基于有限元法的MEMS加速度计热应力分析

残余应力对MEMS器件的力学性能、可靠性和寿命都有较大的影响。基于MEMS电容式加速度计,采用热结构耦合场分析方法,对热应力的影响进行了仿真分析,并和实验结果进行比较。结果表明热应力不是影响器件性能的主要因素,而仿真模型中未考虑到的一些物理因素和工艺误差则可能是主要因素。针对课题组加速度计的制备过程从工艺的角度提出了相应的改进措施,为加速度计温度补偿模型的完善以及改版设计提供参考。     

微加速度计在冲击环境下的可靠性研究

微加速度计用于测量载体的加速度,并提供相关的速度和位移信息.微加速度计可以和微型陀螺仪组合构成微型惯性测量单元.但是微加速度计还没有完全实现市场化,微加速度计的可靠性问题已经成为制约其广泛应用的关键因素.微加速度计在加工、封装、运输和实际使用中都可能受到冲击的作用.主要研究压阻式微加速度计在冲击环境下的可靠性问题.通过简化加速度计的结构,得出了悬臂梁上的应力分布.设计了微加速度计在冲击环境下的可靠性试验,分析了加速度计在冲击环境下的主要失效模式及失效机理.得出了压阻式加速度计在冲击环境下的主要失效模式是键合引线的脱落和悬臂梁的断裂.     

微结构参数对多孔硅层热绝缘性能的影响

研究了多孔硅层厚度,孔隙率以及多孔硅中微晶粒尺寸三个微结构参数对其热绝缘性的影响机制.实验选用p ,p-两种掺杂浓度的硅片基底,采用电化学腐蚀法,通过改变腐蚀时间和腐蚀电流密度获得不同微结构参数的多孔硅层.分别采用显微拉曼光谱法及测量显微镜聚焦法测量了样品的热导率和厚度.研究发现,多孔硅层厚度影响热量传输路径,而孔隙率和微晶粒尺寸通过降低热导率从而使多孔硅的绝热性增强.     

某大型发电汽轮机转子热应力数值研究

利用有限元法对一种典型超临界机组汽机高中压转子的冷态启动做初步的分析,找到转子的温度分布与变化规律,求出其瞬态热应力变化,给出启动建议.     

加速度传感器热灵敏度漂移的动态测试

介绍了加速度传感器热灵敏度漂移的动态测试系统组成和测试方法 ,分析了影响测试结果的主要因素     

微加速度测量系统设计

为实现高精度微小加速度测量,提出了一种基于石英挠性加速度计的高精度微加速度测量系统。通过磁屏蔽结构和多级精密温控有效地提高了加速度计的测量精度,并针对加速度计信号采集设计了高精度电流测量电路。实验结果表明:该系统具有测量精度高、量程宽、实时性好等优点,满足高精度微小加速度测量要求。     

微加速度计冲击可靠性及防护

通过实验研究了梳齿电容微加速度计器件在大过载冲击下的失效模式,发现了失效的主要原因是由于弹性梁的断裂,并对实验现象进行了分析和讨论,指出了微加工工艺的不确定性对器件失效的影响。检验了在结构设计中对可动质量块进行限位的作用,可以明显提高器件的抗冲击能力。提出了金属橡胶这一新材料在微加速度计冲击防护中的应用,并对其作用进行了实验验证,结果表明金属橡胶除了靠金属螺旋卷接触点之间的相互摩擦来耗散能量外,还可以明显增加冲击脉冲的宽度,有效的缓冲和吸收冲击能,提高器件的抗冲击能力和可靠性。     

Design and characterization of an integrated multifunction micro sensor

This paper describes the design and characterization of an integrated sensor fabricated on the silicon on insulator wafer by micro electro mechanical systems technology. The integrated sensor is comprised of a tri-axis accelerometer, an absolute pressure sensor and a spreading-resistance temperature (SRT) sensor. The optimal size of the sensor structure, natural frequency and cross interference of these three sensors were simulated and determined by finite element analysis. The accelerometer with the cross structure has high sensitivity, good linearity and high response frequency proved by the static and dynamic experiments. The zero-drift, thermal zero-drift and thermal sensitivity of the accelerometer and absolute pressure sensor were also tested. The arrangement of SRT sensor with the wave structure was designed in detail. The optimal location of the SRT sensor was at the edge of chip to avoid stress interference. The integrated sensor with low cost, low mutual interference, smaller volume and good performance can be applied in mobile device, small military plane without driver and some other situations for environmental monitoring.