基于MEMS加速度传感器的步数检测算法研究综述

随着智能移动终端、智能穿戴设备以及基于惯性传感器的行人定位导航系统的快速发展,针对这些设备和系统中的计步需求,大量有关基于MEMS加速度传感器的步数检测算法的研究工作已经开展并取得了优秀的成果。针对该领域中现有的技术方法,首先阐述了该领域的发展情况,指出目前该领域的主要研究要点、方法种类以及应用情况。接着,综述了目前该领域的研究现状,从数据预处理方法和步数验证方法这两方面对多种步数检测算法进行了阐述以及优缺点的分析。然后,对该领域的研究要点进行了深入的探讨,分析总结步数检测算法中与研究要点相关的技术方法。最后,讨论并展望了该领域未来的发展方向,以期为后续的研究提供参考。     

基于MEMS加速度传感器的飞行器倾角测量系统设计

根据MEMS加速度传感器的工作原理和特点,研究了一种基于MEMS三轴加速度传感器和C8051F352单片机的飞行器倾角测量系统的实现方法;介绍了倾角的测量原理及整体框架,重点阐述了系统的硬件电路设计和软件设计;该系统体积小、功耗低且可靠性高,可用于各类飞行器的倾角指示和测量。     

GS2双轴MEMS加速度传感器

松下电工产品,补偿温度特性高达4.38mg（标准）,在补偿温度特性上达到业内领先水平的高精度,可降低外部气温导致的动作误差。因此,适用于可在多种环境下使用的车载设备等。例如,可用于汽车导航仪等的倾斜检测用途,以及汽车行驶记录仪的碰撞检测用途。另外,还可用于船舶及特殊车辆的GPS、鱼群探测器以及福利用车等的倾斜检测用途。     

GS2 双轴MEMS加速度传感器

日本松下电工出品,补偿温度特性为±38mg（标准）,在补偿温度特性上达到业内领先水浃,可有效降低外部气温导致的动作误差,适用于可在多种环境下使用的车载设备等。例如,可用于汽车导航仪等的倾斜检测或汽车行驶记录仪的碰撞检测。另外,还可用于船舶及特殊车辆的GPS、鱼群探测器以及福利用车等的倾斜检测用途。     

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。     

基于磁感式和MEMS加速度传感器的电子罗盘设计

无人机、车载导航等方面需要用到地磁定向,而电子罗盘在应用中起到关键作用。针对车载导航的姿态控制和导航精度,本文以PNI公司磁感传感器为基础,结合MEMS加速度传感器、温度传感器及处理器MSP430F1611等器件构建一个具有倾角补偿的电子罗盘。实验结果表明,该电子罗盘具有体积小、重量轻、功耗低和精度高等特点。通过实验验证了该方案的可行性与有效性。     

倾斜梳齿的MEMS电容式加速度传感器自我标定特性研究

本论文研究MEMS电容式加速度传感器的自我标定方法,模拟机械振动台标定,提高标定效率和降低标定成本,并从理论上分析了DRIE工艺误差对传感器自我标定精度的影响。本文分析的传感器模型梳齿间距为4um,厚度80um,传感器自我标定以模拟幅值为1g的振动台标定为例,针对DRIE工艺加工的高深宽比梳齿电容存在正负侧壁倾斜角α的情况,分析了该倾斜角对梳齿式传感器自我标定的影响。分析结果表明：传感器工作在开环电路时,梳齿的倾斜对传感器自我标定影响明显,且随着倾斜角度的增大而增大。与梳齿完全平行时传感器的自我标定相比,倾斜角为±0.1°时,自我标定误差约为10%;倾斜角为0.5°时,自我标定误差约为27%;倾斜角为-0.5°时,极板发生吸合。表明传感器工作在开环电路时,梳齿的倾斜角对传感器的自我标定影响明显,而传感器工作在闭环电路时,梳齿的倾斜对自我标定的影响明显降低,当倾斜角小于±0.5°时,自我标定的误差小于0.6%,理论误差接近于激光干涉仪绝对标定法的误差(0.5%－1%),证明了自我标定方法的可行性。本文还分析了倾斜角影响自我标定精度的原因以及提出了开环自我标定时减小倾斜角误差的方法,并阐述了具体的修正步骤。     

地震勘探用三维MEMS加速度传感器的研究

以MEMS加速度传感器为基础的新型数字地震检波器是地震勘探所用仪器的发展方向之一。介绍了一种三维MEMS加速度检波器结构,这有别于传统三分量MEMS传感器通过用3只MEMS加速度传感器按正交直角组装。并通过PSpice软件对其进行了整体仿真,仿真结果表明其阶跃响应和正弦响应基本和理论分析的结果吻合。     

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.     

基于MEMS加速度传感器的双轴倾角计及其应用

利用MEMS加速度传感器设计了双轴倾角计,并采用单片机进行了线性化和温度补偿,倾斜角以模拟量和数字量2种形式输出。该倾角计体积小、重量轻、精度高,能够很好地满足MAV姿态控制及其他应用的倾角测量。     

微机械电容式加速度计读出电路研究与设计

为了提高电容式MEMS加速度计测量精度,设计了一种应用于MEMS加速度计微弱信号读出电路。读出电路由T型阻容网络放大电路、模拟开关解调电路和四阶带通滤波电路组成,通过Multisim软件仿真分析各模块电路原理并确定影响读出电路的主要因素,进一步优化确定元器件最佳参数,最后制作出PCB电路板并开展实验测试,实验结果表明微弱信号检测准确率达90%以上,能很好满足电容式MEMS加速度计微弱信号检测要求,同时该读出电路具有尺寸小、易调节、易于ASIC集成等特点,在微机械仪表的微小电容检测中有较高的实用价值。     

高量程MEMS加速度计封装工艺研究

对一种先进的双悬臂梁高量程MEMS加速度计的单芯片封装工艺进行了失效机理分析。手工粘贴芯片盖板可靠性不高,加速度计失效是由于胶粘剂(粘贴胶或灌封胶 )从芯片盖板和芯片的间隙流淌进入悬臂梁的过载保护间隙,阻碍了悬臂梁的摆动。高量程加速度计采用单芯片封装方法时,存在芯片正面和背面保护的可靠性问题,更好的封装方法是采用圆片级封装。黑胶不适宜用作加速度计的贴片胶,至少使用聚酰亚胺膜作背面保护时如此。     

基于MEMS加速度计的管道位移检测系统设计

为了解决复杂地形下的矿浆输送管道线小位移引起的安全问题,提出了一种基于MEMS加速度计和单片机、无线通信结合的管道小位移检测系统。该系统主要包括太阳能供电模块、位移数据采集模块、无线数据收发模块、数据存储和显示模块,并通过串口将位移数据送PC显示,供管道运行中控室作为判断运行安全与否的依据。实验表明:当管道位移达到阈值时,可以有效报警。系统结构简单,工作稳定,可以有效预测管道位移。     

低热机械噪声MEMS加速度计设计

介绍了一种能够在大气条件下具备低噪声、高灵敏度特性的MEMS加速度计设计、制作与测试.器件采用梳齿电容检测方法,利用MEMS体硅加工工艺,实现了210对梳齿的加速度计制作.该加速度计不需要真空封装和阻尼孔就能实现低热机械噪声特性,其理论热机械噪声为0.018μg/√Hz.加速度计芯片在大气封装和无阻尼孔情况下Q值高达4...     

A novel out-of-plane MEMS tunneling accelerometer

A novel out-of-plane MEMS tunneling accelerometer is designed, fabricated and characterized. ICP process, which can generate large proof mass, is used for the first time to fabricate an out-of-plane tunneling accelerometer. To reduce the high Hooke's constant in out-of-plane direction of the ICP etching structure, the beams and the proof mass are dry-etched by double mask ICP process, which reduce the Hooke's constant, thereby enhance the sensitivity of the device. The tunneling current of open loop is tested in the air by HP4145B semiconductor analyzer, which verifies the presence of tunneling current and shows the needed driving voltage. The close-loop test shows sensitivity of 811 mV/g for feedback voltage (the sensitivity of actuate voltage is about 200 mV/g) and nonlinearity of 1% in the measurement range of 0 to +1 g. The spectrum measurement is performed in general environment and the resolution of the device is 0.5 mg/rtHz (1.25–100 Hz), which shows better low frequency property.     

自适应MEMS加速度计滤波算法

简要分析了微机电系统（MEMS）加速度计使用模型中的噪声来源,介绍了一种自适应平滑滤波器的设计方法,通过增设滤波阈值来调节滤波系数,实现了对 MEMS 加速度数据的动态降噪处理。实验结果表明：自适应平滑滤波器能有效抑制加速度计输出信号中的高频噪声,滤波前噪声信号均方根误差为2.32×10－5 m/ s2,经过滤波后,噪声信号均方根误差为4.79×10－7 m/ s2,提高了加速度计的测量精度,取得了良好的滤波效果。     

微机械加速度计的集成化数字接口

在传感器技术的发展过程中,传统模拟输出传感器由于具有一些固有局限,正在逐渐被数字输出传感器所取代.数字技术的应用使传统传感器成为智能传感器,并具有集成化、智能化、网络化、系统化等新特点.介绍以传统模拟传感器技术为基础,在惯性测量器件--微机械加速度传感器上集成数字接口,使之成为智能化传感器的一种设计方案.     

一种新型MEMS加速度计温度补偿方法研究

为降低环境温度对加速度计测量输出的影响,本文提出了一种新的加速度计温度补偿方法,即三维拟合曲面和计算的补偿方法。本文详细介绍了该温度补偿方法的具体原理和实现方法,并用实验进行了验证,实验结果表明加速度计最大零位漂移由温度补偿前的500 mV缩小为温度补偿后的50 mV,即温漂缩小了一个数量级,补偿效果明显。     

MEMS加速度传感器在微型特种机器人中的应用

提出一种基于MEMS加速度传感器LIS3LV02DL的特种机器人姿态测控和环境感知方案。阐述了系统硬件组成,分析了传感器姿态测控方法和环境感知原理。为提高加速度传感器工作精度,设计了一种加速度传感器校正方法。试验结果表明：该加速度传感器能较好地感知机器人运动的姿态与方向,并实现机器人着陆姿态调整和外部环境振动信息的监测。     

基于∑-△M的五阶MFLR数字微加速度计闭环控制系统

为了进一步抑制加速度计信号带宽范围内的噪声,提出并设计了一种基于∑-△M的五阶多反馈谐振式（MFLR）微机械加速度计闭环控制系统,该系统通过增加额外的内部负反馈对量化噪声进行再一次整形.微机械加速度计结构为一种全差分式结构,在结构层厚度为60 μm、基底层厚度为400μm的SOI硅片上,经过光刻、溅射、深度反应离子刻蚀等工艺步骤加工而成.整个闭环控制系统的Matlab/Simulink模型首先被建立,然后采用“单位圆分析法”进行系统参数的设定,系统仿真显示：当输入幅值1gn、频率128Hz的加速度信号时,加速度计的噪声为-136.2 dB,与传统五阶MF结构的∑-△M闭环控制系统相比,在0 ～500 Hz信号带宽范围内的噪声降低了7.9dB.最后整个系统在四层PCB电路板上进行了功能性验证和测试.