一种硅微多传感器集成研究

为满足小体积、多参数测量的要求,利用(100)晶面的各向异性压阻特性与MEMS加工工艺特性,在单芯片上集成制作了三轴加速度、绝对压力以及温度等硅微传感器,在结构和检测电路设计上最大限度地减小各传感器之间的相互干扰影响。三轴加速度、绝对压力传感器利用压阻效应导致的电阻变化测量外界加速度和压力变化量,温度传感器利用掺杂单晶硅电阻率随温度变化的原理来测量外界温度。集成传感器具有较好的工艺兼容性,加速度、压力传感器的压敏电阻和温度传感器的测温电阻采用硼离子掺杂制作,加速度和压力传感器设计成工艺兼容的体硅结构。研制的集成传感器芯片尺寸为4mm×6mm×0.9mm。给出了集成传感器的性能测试结果。     

基于AR模型的特殊路面的路面谱测量及分析

提出了一种特殊路面的路面谱的测量方法,在运输车辆车桥上安装加速度传感器,通过测量该处的时域加速度信号来间接计算路面功率谱;运用DASP和MATLAB等软件对测试数据进行处理,并对特殊路面不平度建立AR模型和进行谱估计,得到了多种特殊路面的位移功率谱密度曲线图;结果表明,该实验方法是可行的,同时提出了一种基于AR模型的特殊路面的路面谱测量手段,并验证了用AR模型法对特殊路面进行功率谱分析的可靠性和可行性。     

高g微阵列加速度传感器的电气互联研究

设计高g微阵列传感器在受到150000gn加速度冲击作用下,它的电气性能良好。通过对改进封装后加速度传感器引线拉伸试验数据进行分析,利用模糊优化理论优点对试验数据进行模糊计算,得出最佳的精确焊接工艺参数。对不同工艺参数的传感器样品在霍普金森杆上进行冲击破坏试验,实验结果表明,在148000gn加速度冲击作用冲击下,传感器仍能正常工作,基本满足设计要求。     

三轴加速度传感器安装误差标定方法研究

针对三轴加速度传感器在车辆行驶状态测量方面的应用,研究了三轴加速度传感器在车辆上的安装误差问题,提出了一种通过数学解算模型对安装误差进行标定的方法.标定过程无需借助其他测量仪器,只需要使用安装后的传感器进行多次测量,通过数学模型解算这组测量数据即可实现安装误差的测量与标定.通过实验验证,此方法方便有效,标定误差小于±3...     

应变式加速度传感器测量接触导线硬点

接触网硬点的存在严重影响电力机车的正常运行。介绍一种采用应变式加速度传感器测量电气化铁路接触导线硬点的方法,分析了加速度传感器的工作原理、数学模型、频率特性和测量电路,并由此确定传感器的设计参数,给出了整个测量系统的组成和在电力机车上的安装位置,并得到了现场检测结果,证明检测系统工作稳定可靠,达到设计要求。     

一种压阻式三轴加速度传感器的设计

介绍了一种基于SOI的硅压阻式三轴加速度传感器的设计和制备.该三轴加速度传感器采用四个相互垂直的悬臂梁支撑中间质量块的结构.加速度传感器通过利用合理布置的压敏电阻构成的惠斯通电桥测量三个方向的加速度.对加速度传感器结构进行了理论分析和有限元仿真优化,确定加速度传感器的结构尺寸,并详细论述了三轴加速度传感器的制备工艺步骤和测试结果.     

汽车安全气囊控制器测试验证平台设计与实现

汽车安全气囊控制器设计过程中需要大量的碰撞数据来对其进行测试验证。针对实际碰撞实验代价过高、难以重复的缺点,设计了一种面向安全气囊控制器的测试验证平台。通过对实际碰撞曲线进行转换,调整时间、幅度等参数,设计输出与碰撞曲线一致的模拟加速度传感器;对多个模拟加速度传感器进行时间同步,加入故障模拟,构成模拟测试平台。实验表明,新的平台与现有方案相比,具有构建方便、可扩展性强和灵活度高等特点,能够很好地满足汽车安全气囊控制器开发过程中的各种测试验证需求。     

基于压缩感知的ACNS碰撞信息重构方法

为提高车辆事故自动呼救系统(Automatic Crash Notification System,ACNS)记录碰撞事故加速度信息的能力,对压缩感知在ACNS中的应用进行研究。基于压缩感知理论开发ACNS终端,提出ACNS中加速度采集、压缩及还原的流程;将20 km/h作为ACNS触发的临界车速,通过台车碰撞试验得到该速度下的碰撞加速度数据;基于正交匹配追踪算法,利用离散余弦变换矩阵、高斯随机观测矩阵,对碰撞加速度进行压缩还原。结果表明,选取合适的观测值能够较准确地重构出原始加速度信号,将压缩感知运用于ACNS具有可行性和良好的应用前景。     

飞机尾翼转角测量系统设计

针对飞机尾翼转角测量及远距离监控问题,设计了一种基于数字式MEMS加速度传感器测量飞机尾翼转角的测量系统;分析了电容式加速传感器测角原理;利用数字式MEMS加速度传感器ADXL345,结合无线ZigBee技术采用CC2430模块,以嵌入式STM32单片机作为控制器构建了一种测量飞机尾翼转角大小的测量系统;采用三维转台对飞机尾翼转动进行了模拟,完成了±90°范围内转角的测量;实验结果表明,在±90°转角范围内,测量误差的最大值为0.277°,满足小于0.3°的误差要求;该测量系统可以有效地完成飞机尾翼转角测量工作。     

压电加速度传感器冲击测量中低频失真的理论分析与实验验证

冲击谱是一连续谱,其频谱范围从零到无穷大。由于压电加速度传感器的频率范围有限,在冲击测量中不可避免地会产生频率失真,频率失真包含低频失真和高频失真。压电加速度传感器在冲击测量中的低频失真主要表现为基线不回零。分别从矩形冲击波、锯齿形冲击波和半正弦冲击波引起的传感器响应入手,定量分析了压电加速度传感器冲击测量基线不回零的问题,最后利用落体冲击试验台对理论分析进行了实验验证。     

摆式加速度计零偏测量中安装误差的分析

在利用精密分度头测量摆式加速度计的零偏过程中,安装误差是一项主要误差。计算结果表明:若分度头盘面与重力方向之间存在夹角,且摆式加速度计的摆轴与分度头转轴之间存在夹角ψ,则由这2个安装角度误差所引起的零偏测量误差为ψg(其中,g为重力加速度)。这一结果对零偏测量实验中的安装操作具有重要的指导意义。     

基于无线传感器网络支持向量机奶牛行为特征识别

鉴于我国现有奶牛发情鉴定主要依赖于人工观测、效率低和误判率高的现状,通过给奶午佩戴嵌入加速度传感器的无线传感节点,实时监测奶牛的行为,并通过基于二叉决策树支持向量机时间序列模型分析加速度数据,逐层分类奶牛的静止、慢走、快跑和爬跨行为类型.实验结果表明,该算法对于奶牛轻微和剧烈的运动特征分类准确度达95.5%,研究结果为...     

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。     

新型高灵敏抗冲击集成光学加速度计

提出一种新型基于微环谐振腔的集成光学加速度计,该加速度传感器具有较高的灵敏度(56.6 mV/gn)和良好的抗冲击性能(可达105gn)。介绍并分析了该加速度计的传感理论,建立了微环谐振腔耦合单元模型,通过Matlab软件和时域差分有限元(FDTD)法绘制了波导的模态传输曲线,优化了微环谐振腔的设计参数和微腔与波导的耦合间距,并且利用ANSYS给出了悬臂梁的承受冲击极限。最终,仿真结果与理论分析结果基本一致。该加速度计可为高灵敏抗冲击微光机电系统(MOEMS)传感器提供新思路和理论参考。     

高g_n值MEMS加速度传感器封装的研究

对一种新型双悬臂梁高gn 值MEMS加速度传感器进行有限元模拟。采用双悬臂梁传感芯片的一种实际封装结构 ,进行频域分析和时域分析 ,讨论封合传感器芯片和封装基体的封合材料对其输出信号的影响。频域分析表明 ,封合材料的杨氏模量对封装后加速度传感器整体的振动模态有一定影响 ,封合胶的杨氏模量很小时 ,会致使加速度传感器的信号失真 ,模拟表明可选用杨氏模量足够高的环氧树脂类作高gn 值传感器的封合材料。时域分析静态模拟表明 ,封合材料的杨氏模量 ,对最大等效应力和沿加载垂直方向的正应力最大最小值基本无影响。时域分析动态模拟表明 ,随着封合材料杨氏模量的提高 ,动态模拟输出的悬臂梁末端节点位移的波形和其经数字滤波后输出的信号变好 ,封合材料的杨氏模量不影响输出信号的频率和均值 ,在加速度脉冲幅值输入信号变化时 ,悬臂梁末端位移平均值输出信号与输入有良好的线性关系。     

A liquid-filled buoyancy-driven convective micromachined accelerometer

A novel class of accelerometer, based on the buoyancy of a heated fluid within a micromachined cavity, has previously been developed and reported. Based on dimensional analysis and computational modeling, it is predicted that the sensitivity of the accelerometer can be increased by several orders of magnitude over previously reported results by choosing a suitable liquid as the working fluid, though this increased sensitivity comes at the cost of an increased response time. A liquid-filled accelerometer is constructed; its sensitivity and response time are measured, and shown to be consistent with theoretical predictions and with the results of finite-element analysis. It is noted that the existing literature provides no basis for predicting the effect of Prandtl number on the sensitivity and response time of the accelerometer. The prediction of response time requires analysis of the transient response of the heated fluid to a sudden acceleration. This is a novel problem: previous studies of transient convection have focused on the effects of a newly imposed temperature differential in an existing gravity field, rather than a newly imposed acceleration on an existing thermal field. An approximate expression for response time as a function of radius ratio and Prandtl number is developed by curve-fitting to the results of FLOTRAN simulation.     

惯性测量组合的优化设计与误差补偿算法研究

设计了九加速度计惯性测量组合用于测量飞行体的姿态和位置。通过理论分析和计算机仿真,结果显示由9个加速度计的输出可解算出载体运动角速度和线加速度,但由于加速度计的测量误差引起的角速度的解算误差会随飞行时间的增长而累积,采用误差补偿算法可有效地减小误差。另对加速度计位置误差进行了理论分析和仿真,结果表明,由加速度计组合的惯性测量方案对加速度计位置误差非常敏感。     

MEMS面内大量程加速度传感器设计与分析

针对目前导弹引信等武器系统领域对大量程加速度传感器的迫切需求,设计了一种测量平面内加速度的大量程压阻式加速度传感器.该传感器结构双端固支梁-质量块结构,可有效消除敏感轴轴间的交叉干扰,提高了测量精度.仿真分析表明传感器在敏感轴轴向灵敏度为1.41 μV/gn,可实现对150 000 gn的加速度载荷的测量.     

飞行器用高精度小量程石英微加速度计研究

为满足对振动环境下10 Hz以下低频小量程加速度信号的高精度测量需求,提出了一种基于石英微工艺的新型窄带宽MEMS加速度计,其敏感元件采用变间距式差分电容梳齿结构。采用有限元分析手段,对敏感元件质量块尺寸、梳齿长度、U型梁刚度、盖板结构、阻尼和带宽等参数进行了综合优化设计。敏感元件采用石英晶片经湿法腐蚀体工艺制作,加速度计样机经过了实际性能测试和环境适应性试验,带宽为8.9 Hz,非线性度约为0.7%,可以满足飞行器小量程低频加速度参数的测量需求。     

Estimating the angular velocity of a rigid body moving in the plane from tangential and centripetal acceleration measurements

Two methods are available for the estimation of the angular velocity of a rigid body from point-acceleration measurements: (i) the time-integration of the angular acceleration and (ii) the square-rooting of the centripetal acceleration. The inaccuracy of the first method is due mainly to the accumulation of the error on the angular acceleration throughout the time-integration process, which does not prevent that it be used successfully in crash tests with dummies, since these experiments never last more than one second. On the other hand, the error resulting from the second method is stable through time, but becomes inaccurate whenever the rigid body angular velocity approaches zero, which occurs in many applications. In order to take advantage of the complementarity of these two methods, a fusion of their estimates is proposed. To this end, the accelerometer measurements are modeled as exact signals contaminated with bias errors and Gaussian white noise. The relations between the variables at stake are written in the form of a nonlinear state-space system in which the angular velocity and the angular acceleration are state variables. Consequently, a minimum-variance-error estimate of the state vector is obtained by means of extended Kalman filtering. The performance of the proposed estimation method is assessed by means of simulation. Apparently, the resulting estimation method is more robust than the existing accelerometer-only methods and competitive with gyroscope measurements. Moreover, it allows the identification and the compensation of any bias error in the accelerometer measurements, which is a significant advantage over gyroscopes.