硅微静电悬浮加速度计实验研究

硅微静电加速度计将静电悬浮技术与微机械加工工艺相结合,在空间微重力环境下通过降低量程可实现极高的分辨率。设计了一种玻璃—硅—玻璃三明治结构、平行六面体状检测质量、体硅加工工艺、低量程的三轴硅微静电加速度计,分析了加速度计的力平衡回路特性。采用基于DSP的数字控制器,实现了检测质量的六自由度稳定悬浮。在大气环境下测试了静电加速度计的性能。测试结果表明:加速度计x轴的带宽为88.1 Hz,量程为0.220 g n;y轴的带宽为118.2 Hz,量程为0.313 g n;z轴的带宽为10.7 Hz,量程为3.53 g n。     

六轴加速度计的结构原理与阻尼振动设计

静电悬浮加速度计为当前国际上精度最高的一类加速度计 ,本文的设计目标为 :量程 12 .5 μgn,灵敏度 1ngn,带宽 0 .1Hz。从静电悬浮加速度计的敏感结构设计出发 ,详细地论述了该类加速度计的电容位移检测原理和微弱加速度检测原理。通过适当的电极配置设计 ,并对六路差分电容输出进行适当的线性组合 ,探讨了该加速度计的六轴检测功能 (三个线加速度和三个角加速度 )。随后对该加速度计的静电悬浮支承系统进行了振动学分析 ,采用 1atm的空气阻尼 ,得出系统的阻尼振动频率为 0 .82 5 Hz,输出采样间隔为 4 s。本文的设计对研制高精度多轴加速度计具有重要参考价值。     

静电支撑式水银加速度计研究

提出一种新原理的静电支撑水银加速度计,从根本上解决现有的水银加速度计量程小、测量稳定性不足等问题。采用静电支撑技术,利用电场力平衡惯性力,通过精确测量控制电压获取高精度的加速度信息。通过建模仿真,静电支撑水银加速度计的量程、线性度要高于现有的水银加速度计。这种加速度计不仅具有水银加速度计的高灵敏度、抗高过载,还具有大量程、稳定性好等优点,对高性能惯导中的加速度测量具有不可替代的作用。     

静电刚度式谐振微加速度计设计

运用梁的横向振动特性分析了梁振动频率与平行板电容形成的静电刚度的关系,并以此设计了静电刚度式谐振微加速度计。在加速度作用下,检测质量产生的惯性力使电容器极板发生位移来改变电容结构的间隙大小,从而使谐振频率发生变化,通过检测频率变化量来测量输入加速度的大小。根据加速度计的工作原理说明检测过程中梁的机械刚度保持不变,只与产生静电刚度的电容间隙变化相关,减小了检测信号对机械误差与残余应力的依赖性。运用加工参数进行理论计算得出加速度计的灵敏度为21．17Hz／gn,在CoventorWare2005中进行仿真表明：加速度计的固有频率为23．94kHz,灵敏度约为20Hz／gn,与理论设计值相近。     

静电悬浮转子悬浮控制系统探析

为了实现静电转子的稳定悬浮,建立了针对于悬浮转子的静电支承模型。在模型的建立过程中,分析了静电力作用机理,给出了静电力计算公式。接着建立了以DSP TMS320F28335开发板为核心的悬浮控制辅助系统。设计了基于AD7656的16A/D转换电路和基于时间管理模块的DSP脉宽调制信号发生器。     

静电悬浮转子微陀螺悬浮控制系统的研究

针对一种新颖的基于MEMS技术的静电悬浮转子微陀螺,提出了悬浮控制系统的原理和设计,并着重对z轴悬浮控制系统的设计进行了分析,建立了Z轴方向悬浮控制系统的数学模型,通过分析扰动力对转子位移的影响,得出PID(比例-积分-微分控制)参数决定动态刚度,通过仿真结果可以看出,采用反馈线性化可补偿系统的负刚度特性,结合变预载控制实现转子的快速准确定位,为后续的旋转和加矩控制提供良好的条件.     

基于PSD的静电悬浮位置测量与控制系统设计

建立了基于位置敏感探测器(PSD)的静电悬浮三维位置信息测量与控制系统,分析了PSD的结构与静电悬浮位置测量与控制原理.系统采用单片机STC12C5A60S2处理PSD输出信号,得出悬浮样品位置信息与PSD输出电压的对应关系,实现单片机与上位机的通信,对测量的位置数据进行分析、处理以及悬浮样品位置控制.利用锆材料进行悬浮实验,实验结果表明:建立的测量系统能实现样品位置信息的非接触测量与稳定悬浮,具有测量数据可靠,运行稳定等优点,为材料悬浮加热和深过冷研究奠定了基础.     

混合悬浮系统及其数学模型的研究

本文首先介绍了磁浮列车的优势,重点阐述了混合悬浮控制系统的组成、特点和工作原理;然后详细介绍了悬浮控制器、悬浮传感器和永磁-电磁铁的电气特性;最后建立了混合悬浮控制系统的数学模型,并进行了简要分析。     

静电悬浮的NARX网络自适应逆控制

静电悬浮控制系统中存在建模不准确及对象扰动,传统控制器只能在动态控制精度和扰动消除性能之间折衷;为了克服其对控制器精度的影响,研究了带扰动消除的自适应逆控制算法.以非线性自回归动态神经网络进行正模型、逆模型以及扰动消除控制器的实时辨识,利用基于遗传算法的改进粒子群算法进行神经网络的更新,以提高自适应收敛速度和精度.设计了基于DSP与PC的仿真环境,分别部署静电悬浮虚拟被控对象和自适应逆控制算法,实现对控制算法的实时验证.结果表明所设计的控制结构与算法可以实现对静电悬浮的稳定控制与扰动消除.利用PC和相应的I/O接口,以及所部署的实时控制算法可以实现快速控制原型,为控制器的工程实现提供基础.     

声表面波加速度计静电式力反馈闭环方案研究

随着微机械结构工艺的改进，声表面波静电力闭环方案必会以其不可替代的优势成为一个发展方向。本文阐述了静电力发生器的结构，提出并研究了用脉宽调制反馈力线性化静电力发生器的方法。结合声表面波器件的实际加工技术，对声表面波加速度计静电式力反馈方案进行了详细分析，并通过仿真给出了该方案中系统参数的范围以及最优参数下的系统特性曲线。     

静电悬浮式三轴加速度传感器的初步设计

从静电悬浮式加速度传感器的工作原理出发 ,针对航天器上的微重力水平 ,初步设计了高灵敏静电悬浮式加速度传感器 ,其测量量程设计为 30 μgn,分辨力为 1ngn,并对其误差来源及减少误差的措施进行了分析。     

石英挠性加速度计数字再平衡回路设计

针对传统石英挠性加速度计模拟再平衡回路的不足,研究设计了一种加速度计数字再平衡回路.通过系统参数辨识的方法,获得加速度计表头的数学模型;采用增量式PID控制算法,设计加速度计闭环系统;在硬件结构上选用浮点型DSP作为控制单元,采用外扩式AD/DA模块,提高转换精度.实验结果表明:加速度计系统带宽为190 Hz,响应时间为1.6ms,稳态误差为0.所设计的数字再平衡回路有效改善了系统动静态特性,提高了输出精度.     

System-level simulation and experiment for levitation control of micromachined electrostatically suspended accelerometer

Microsystem Technologies - It is proposed in this paper a micromachined electrostatically suspended accelerometer (MESA) based on non-silicon micro-electromechanical systems technology. The MESA is...     

谐振式微机械加速度计设计的关键技术

谐振式微机械加速度计直接输出频率信号,具有稳定性好、精度高的特点.分析了谐振式微机械加速度计的工作机理,建立了第一级敏感结构、杠杆机构和第二级敏感结构的数学模型,指出了实现高灵敏度加速度测量的关键技术在于支撑梁、质量块、谐振器和杠杆机构的设计.提出了一种谐振式微机械加速度计结构,进行了结构的优化设计和仿真计算,得出的性能指标:谐振频率98 858 Hz,Q值673.9,灵敏度24.52 Hz/gn.     

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.     

一种三维加速度计弹性体的分析与设计

介绍了一种可用于振动测量的三维加速度计弹性体结构,其采用3个相互垂直的双平行应变梁组合的形式,每个平行梁敏感一个分量的加速度.经分析和试验结果表明:该加速度计具有灵敏度较高、交叉干扰小,完全满足预期设计要求.     

基于复合量程加速度计的无线传感器网络设计

针对传统的有线测试方法安装麻烦、线路复杂、受干扰较多等缺点,会造成信号噪声过大、信号失真,甚至会出现采集到的信号无效的问题,提出了一种基于复合量程加速度计的无线传感器网络,并对其进行了性能测试.测试结果表明:设计的无线传感器网络可以无损耗地传输复合量程加速度计输出信号,完成对覆盖区域加速度信号的测量.