基于MEMS加速度计的输入系统的研究

该文章介绍了一种新的电脑无线输入系统,使用MEMS微加速度计作为系统的敏感元器件.该输入系统包括发射端和接收端两个子系统.文章分别从工作原理、软硬件设计等方面介绍了该输入系统,包括所使用的微加速度计、微处理器和传输模块,并给出了输入系统的第一代实际PCB原型.并且在二维的基础上扩展了微加速度计在三维的应用,设计了一个新的三维模型,并进行了试验的验证.     

基于MEMS电容式加速度计的闭环读出电路设计

设计了面向圆片级封装的一种闭环加速度计读出电路.在基于电容式微加速度计结构的读出电路设计中考虑了寄生电容对整个系统的影响.用MATLAB SIMULINK对所设计的读出电路进行了建模仿真.在仿真过程中分析了噪声、圆片级封装与普通封装的寄生参数及实际工艺中流水结构的不对称性的影响并进行了比较.结果表明,所设计传感器及读出电路的非线性误差在量程±20 gn范围内小于0.5％;圆片级封装的稳定时间在2 ms,小于普通封装的稳定时间;基于圆片级封装的对称性梳齿结构的输出电压灵敏度为328 mV/gn.     

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...     

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。     

基于小波分析的MEMS加速度计输出噪声消除

目前MEMS加速度计普遍存在信噪比低、灵敏度不高等缺点,其主要原因是系统内部电路中的干扰与噪声使得有用信号完全淹没在噪声之中,其中1/f分形噪声是主要的噪声.由于1/f分形噪声在小波域中展示出某些特殊性质,且小波分析兼具时-频分析与尺度分析的功能,为了有效消除1/f分形噪声,提出了一种基于小波分析与自适应阈值滤波的多尺度滤波算法.以信噪比、均方根误差作为去噪效果的定量指标,将本文算法与Donoho小波阈值滤波算法进行比较,仿真结果表明,改进的自适应阈值滤波算法优于Donoho阈值滤波算法.运用于MEMS加速度计噪声消除上科学有效.     

导航系统MEMS加速度计的设计

本文介绍了加速度传感器芯片ADXL250在设计导航系统中的加速度计方面的一个应用.文中还介绍了加速度计相关的标定电路.标定前后的实验数据对比表明:用此加速度传感器设计的加速度计体积小、结构简单,精度高,能很好地满足惯性测量和导航系统中加速度的测量.     

基于MEMS加速度计的车用自动呼救系统

提出设计一种使车祸伤员得到及时准确救助的自动呼救系统,它能够自动识别车祸并向Web GIS监控中心发送事故信息.该系统的车载终端利用高抗冲击性的三轴MEMS加速度计,通过三向加速度合成算法和倾角测量对车辆的行驶状态进行监测,能在GPS盲区下进行车辆精确定位.车载终端一旦检测出车祸及类型,会由ARM自动触发求救,也可手动按钮求救.经模型车实验表明,系统能有效避免由于路面干扰引起的误报,并准确检测出碰撞和侧翻两种类型的车祸而实现自动呼救.     

基于MEMS加速度计的飞行器姿态指示系统研究

研究了一种基于MEMS加速度计的飞行器姿态指示系统的实现方法。给出了系统的原理与整体框架,重点阐述了系统的硬件电路和软件的设计。与传统姿态指示系统相比较,该系统体积小,功耗低。试验表明：该系统具有较高的可靠性,可用于需要进行姿态控制的各类飞行器的姿态指示。     

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。     

基于MEMS加速度计的混凝土内部缺陷检测系统

针对冲击回波法进行混凝土内部缺陷检测时,传统的单点有线检测方式存在精度低、检测复杂的问题,提出了一种基于MEMS三轴加速度计的快速检测算法,同时搭建了相应的硬件系统.该系统节点采用MEMS加速度计作为拾振器,利用FPGA作为无线传感器网络节点的控制核心,通过2.4 GHz ISM频段与上位机进行无线通信.经实验测试,系...     

基于微机械加速度计的振速水听器的设计与分析

对基于惯性传感器的同振球型振速水听器的工作原理进行了说明.采用多端口组件网络方法建立了用于振速水听器的梳齿式硅微机械加速度计的系统级模型.对内置加速度计,外部采用弹性连接的振速水听器在平面声波作用下的响应进行了仿真分析.分析结果表明,振速水听器不失真测量的工作带宽取决于其与水介质的密度比、波尺寸、与弹性连接构成振动系统以及加速度计自身振动系统的特性参数.多端口组件网络方法能够有效地实现振速水听器的建模与仿真.     

电容式加速度计的数字化处理电路及其与模拟电路的比较

介绍了对一种电容式MEMS加速度计处理电路的数字化工作,并对数字式加速度计系统的各个组成模块进行了分析,并与模拟处理电路的相应模块进行比较,给出了制约数字和模拟加速度计性能的因素.实验测试结果表明,数字式加速度计的零偏稳定性达到了0.21 mgn,相对模拟加速度计的零偏稳定性(1.02 mgn)提高了约5倍,噪声降低了3/5,数字式加速度计系统的性能有了很大的改进.这是由于数字系统采用了先进的解调算法,使得载波的信噪比有所提高,相位噪声有所降低.     

一种MEMS加速度计温度模型辨识及温度补偿方法

对MEMS加速度计的温度模型与其倾角的相关性进行分析,提出了一种无需精确控制加速度计位置,借助普通恒温箱即可完成的温度模型辨识方法,并根据辨识结果设计温度补偿软件方案.实验结果表明,温度补偿可使加速度计测量输出的稳定性提高一个数量级,补偿效果明显,模型辨识方法有效.将温度模型用于某小型无人机航姿测量系统中,缩短了系统启...     

石油勘探用MEMS加速度传感器噪声机理研究

针对石油勘探的应用需求,分析了MEMS加速度传感器及其检测电路的噪声源,并对不同电路结构的噪声进行了比较。根据分析结果,采取多种措施进行了改进,振动测试结果表明:传感器分辨力由原来的大于0.01m/s2提高到0.001m/s2,进一步提高了MEMS加速度传感器的性能。     

基于Verilog-A行为级模型的三阶单环调制器设计与仿真

提出了一种三阶单环局部反馈的Sigma-Delta调制器结构.对传统的噪声传输函数引入极点加以修正,最终采用巴特沃兹高通滤波器原型确定调制器的噪声传输函数,在采用Matlab Simulink进行参数优化和仿真的基础上,编写了各电路子模块Verilog-A程序,并以此搭建整体调制器模型进行行为级建模.仿真结果表明,该三阶单环局部反馈的Sigma-Delta调制器结构能实现精度为16 bit,无杂散动态范围(SFDR)大于96 dB,时钟频率最高5.12 MHz,过采样率为128,输入信号带宽最大为20 kHz的调制器模型.     

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。     

微机械加速度计中的寄生电容对噪声的影响

主要分析变面积式微机械加速度敏感元件中的固定平行电极间寄生电容对系统噪声的影响,建立敏感元件的电磁仿真模型,进行噪声公式的推导,并得到了实验验证.通过仿真分析发现,铝电极下的玻璃衬底是增大该寄生电容的主要因素.实验结果表明,该寄生电容会增加60％以上的系统噪声.     

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.     

新型三轴微加速度计设计

新型三轴微加速度计采用单一惯性质量,由四组L型梁对称布置支撑;利用差分电容作为检测接口,测量由于惯性力而引起惯性质量的微动位移;电容的差分结构有利于提高微加速度计的检测性能,实现系统静电力反馈闭环控制.利用ICP深刻蚀技术和静电键合技术等微机电系统工艺完成微加速度计的制作.具有体积小、灵敏度高、功耗小等优点,能够广泛应用于导航系统、汽车工业、PC游戏设备以及其他一些消费电子产品领域.