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。     

一种关于挠性加速度计温度控制系统设计方法

为了提高石英挠性加速度计的零偏稳定性指标,确保惯性导航系统定位定向精度,需要石英挠性加速度计长期工作在稳定的环境温度范围内,相应的温度控制系统设计技术尤为关键;针对某高精度惯性导航系统对温度控制精度指标的实际需求,首先设计了以DSP为核心控制器的温度控制硬件电路;同时以加速度计组件为控制对象,建立温控模型,采用PWM波控制策略及增量式PID控制算法,利用MATLAB仿真工具获得较优的控制参数;在DSP中开发了温度控制程序,并进行参数整定、指标测试,最终使加速度计工作环境温度稳定在55±0.2 ℃范围内;通过实际应用验证表明,该方法针对石英挠性加速度计工程应用特点,实现的温度控制精度高,稳定性好,能够为惯性导航系统的高精度使用奠定基础。     

一种高Q值高阶ΣΔ加速度计接口电路

由于具有较低的机械热噪声,高Q值加速度计在高精度低噪声信号检测领域应用广泛。在过采样率相对不高的情况下,针对低阶结构的高Q值加速度计接口电路性能受限于量化噪声的问题,提出了一种高阶结构的高Q值闭环ΣΔ加速度计接口电路,大大降低了数字接口电路基带内的量化噪声。为了保证该高阶系统的稳定性,设计了一种前置补偿器电路来提高电学阻尼。测试结果表明,该高Q值高阶结构系统稳定,相对于二阶结构而言对量化噪声的抑制能力大大提高。     

MEMS石英振梁高增益谐振电路的设计与分析

介绍了一种基于新型高阻抗QVBA的高增益谐振电路设计和谐振电路的分析测试实验。利用阻抗分析仪4294A测得石英振梁的等效参数,对石英振梁的电气特性进行分析,发现高阻抗石英振梁起振比普通晶振需要更高增益。基于双门振荡电路,利用运算放大器在开环系统中具有无限增益的理论,提高谐振电路的驱动能力。同时采用谐波抑制网络,指出谐波抑制网络可以抑制无用的频率避免传感器输出信号出现泛音频率,并提高谐振电路的稳频速度。考虑电噪声对输出波形质量的影响,在电路的输入部分采用滤波电容,并在电路的输出部分采用反向器整形,使电路输出标准的方波信号。最后利用安捷伦DSO5012A型号示波器和频率计对高增益谐振电路和石英振梁组成的谐振系统进行测试,测试结果表明本文设计的谐振电路与石英振梁组成的谐振系统可以输出标准的方波信号,输出频率精度达到10-5 kHz,在振动稳定以后频率变化小于0.1 Hz,无泛音频率出现,对研究高精度MEMS加速度计传感器具有重要意义。     

石英挠性加速度计的误差补偿模型的研究

为了确保捷联惯导系统中加速度计的性能,研究了CHJN-2A石英挠性加速度计的静态输出特性.通过大量的重复性静态实验测试,分析了石英挠性加速度计的误差来源,并建立了影响导航系统定位精度的主要误差补偿的数学模型.结果表明,CHJN-2A石英挠性加速度计的输出特性具有较好的重复性,可以通过软件进行补偿提高它的精度.     

微石英音叉陀螺的方波驱动及解调电路研究

在分析微石英音叉陀螺的工作原理及电学特性的基础上,对微石英音叉陀螺的驱动电路和微弱角速度信号的提取方法进行了研究;论证了方波驱动的可行性,提出了在自激驱动回路中加入移相环节,使微石英音叉陀螺的驱动振动频率等于其机械谐振频率,分析了开关同步相敏解调在角速度信号的提取中的应用及其对噪声的抑制能力;设计并分析了一个用方波驱动微石英音叉陀螺,用开关同步相敏解调完成信号解调的电路,该电路结构简单,工作可靠,性价比高.     

传感器Q值对加速度计量化噪声的影响

高品质因数（Q）的加速度计因其具有较低的机械热噪声而适合高性能的振动检测,但Q值过高会带来接口电路的不稳定。为了充分利用传感器的特性优化Sigma．Delta（∑△）数字接口电路设计,通过分析加速度计的数字接口电路模型,验证了Q值的变化对数字量化噪声的影响,并且适当的Q值能降低数字接口电路基带内的量化噪声。设计和测试了基于三明治加速度计的PCB板级电路,测试结果表明：传感器的高Q特性会在基带引入一对共轭零点,抑制了基带内的量化噪声。     

石英挠性加速度计的温场分析

利用有限元法对大量程二元脉冲调宽石英挠性加速度计因力矩线圈发热而造成的内部温场变化进行了分析，从理论上计算出温场的分布情况和变化情况，并通过对温度误差的分析，阐述了提高温度特性的有效途径，为加速度计的热设计和温度补偿提供理论依据．     

石英挠性加速度计中补偿环的优化设计

温度对石英挠性加速度计力矩器磁路的稳定性有着极大的影响,进而使标度因数发生变化。为了提高石英挠性加速度计的稳定性和测量精度,首先利用ANSYS有限元仿真分析磁路中气隙处的磁场分布,确定了力矩线圈最优工作位置,减少因摆片上下摆动引起的测量误差;然后对比了在-20℃~60℃时有无补偿环对工作气隙磁通密度的影响,验证了补偿环的温度补偿作用;最后结合实验数据,对温度在20℃~60℃范围内变化时补偿环的尺寸进行了优化。结果表明,在线圈最优工作位置以及补偿环适当尺寸下,工作气隙磁场的温度稳定性得到了很大提高。     

中国微米纳米学会----力矩器磁场对微小加速度计非线性误差的影响

挠性摆式微小加速度计在导航系统中有广阔的应用前景,其非线性误差主要由力矩器标度因数的非线性所造成,其中力矩器磁场对其有重要影响.利用ANSYS Maxwell对力矩器磁场分布的均匀性进行了仿真,分析了力矩器加工和装配产生的偏差对于磁场均匀性的影响规律.结果表明,力矩器组件磁钢和上导磁帽对磁场影响较大.保证磁钢厚度加工偏差在±10μm以内,相对标准偏差CV值的相对误差小于5.4％.控制上导磁帽高度的加工偏差在±6μm以内,CV值的相对误差可小于4.4％.力矩器装配的同轴度偏差对于磁场均匀性及线圈受力影响较小,控制在±8μm以内即可.上述研究结果为指导加速度生产和装配工艺,提高其稳定性提供依据.     

基于阻抗原理的磁弹性传感器测试仪设计

设计了一种基于阻抗原理的磁弹性传感器共振频率测试仪。系统集成了微控制器、交流激励信号发生单元、直流偏置信号发生单元和有效值检测电路单元,并通过RS-232串口总线实现与上位机之间的通信。交流激励信号电路采用压控电流源方式,避免了线圈阻抗变化对交流激励电流的影响。实验结果表明：测试仪可以快速检测磁弹性传感器的共振频率,稳定性好,精度高,系统操作简单,集成度高,能够满足磁弹性传感器研究中的检测要求。     

基于PID反馈的高Q值加速度计闭环检测电路

高Q值加速度计由于能够很好地降低热机械布朗噪声,被广泛应用于高精度低噪声检测领域,相应的闭环接口电路却成为其应用的困难之一.通过分析传感器的器件结构和动态响应,提出了一种基于PID反馈的闭环检测电路来克服传感器因高Q值造成的不利影响,改善系统的频率特性和动态响应.根据设计原理设计和测试了基于PCB板级的闭环检测电路.电...     

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。     

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     

石英挠性加速度计网络化自主测试系统

针对在石英挠性加速度计性能检验与监测、退化机理等研究中,对加速度计输出信号快速准确采集的需求,设计一种高精度自主测试系统。提出了基于Zig Bee无线自组网的网络化测控方案,设计了适用于测控环境相对分散的分簇拓扑网络结构,以CC2530为核心设计了加速度计无线采集节点与智能无线控制终端,基于AD7734设计了加速度计高精度A/D转换电路。基于Z-Stack协议栈实现无线网络节点组网控制、数据传输程序设计,基于C#实现上位机终端控制台设计,针对大规模节点数据设计了一种高速数据帧结构,并采用了握手传输机制。经实际应用证明:系统采样误差低至0.049mV,可同时对40只加速度计进行长时间自主数据采集,并完成简单数据分析。系统可用于加速度计性能分析与建模研究中。     

Adaptive Kalman filter and dynamic recurrent neural networks-based control design of macro-micro manipulator

In this paper,a composite control scheme for macro-micro dual-drive positioning stage with high acceleration and high precision is proposed.The objective of control is to improve the precision by reducing the influence of system vibration and external noise.The positioning stage is composed of voice coil motor(VCM) as macro driver and piezoelectric actuator(PEA) as micro driver.The precision of the macro drive positioning stage is improved by the combined PID control with adaptive Kalman filter(AKF).AKF is used to compensate VCM vibration(as the virtual noise) and the external noise.The control scheme of the micro drive positioning stage is presented as the integrated one with PID and intelligent adaptive inverse control approach to compensate the positioning error caused by macro drive positioning stage.A dynamic recurrent neural networks(DRNN) based inverse control approach is proposed to offset the hysteresis nonlinearity of PEA.Simulations show the positioning precision of macro-micro dual-drive stage is clearly improved via the proposed control scheme.     

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。