一种电容式微机械加速度计的设计

介绍了一种新型基于滑膜阻尼的电容式微机械加速度计.该加速度计根据差分电容极板间正对面积的改变来检测加速度大小,保证了输出电压与加速度之间的线性度.对加速度计进行了结构设计和分析.给出了加速度计的制作工艺流程,研究了解决深反应离子刻蚀过程中的过刻蚀现象的方法.初步测试结果表明,该加速度计的灵敏度比较理想,谐振频率与理论计算相吻合.     

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.     

硅基谐振式微机械加速度计的设计与仿真计算

分析了硅基谐振式微机械加速度计的工作机理,提出了一种新颖的结构形式,进行了结构的优化设计和仿真计算.用MATLAB软件分析了结构参数对性能指标的影响,用ISIGHT优化软件优化出结构参数,用ANSYS仿真软件对结构进行了静态分析和模态分析,验证了所提出结构的设计思想和优化参数的可行性.     

非硅MEMS电容式微加速度计的测控电路设计

为了提高MEMS微加速度计的量程和抗过载能力,设计了基于UV-LIGA技术的非硅MEMS电容式微加速度计。针对该加速度计,设计了基于相敏解调的差分电容测控电路。检测通道主要由前置级电荷积分放大电路、带通滤波电路、相敏解调器、低通滤波以及电平转换电路组成,反馈通道由低通滤波和加法电路组成。完成了微加速度计测控电路的调试和检测通道的标定实验,实验表明:检测通道的量程约为±6 pF,灵敏度为89.3 mV/pF,线性度为2.59%,满足加速度计检测通道的要求。     

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。     

电容式微机械加速度计测量范围上限设计

测量范围上限设计一直是高gn值微惯性引信研制的一个难题,对差动电容式微加速度计各参数对量程的本质影响及其相互关系进行了研究,理论分析和计算机仿真结果表明:按同一比例尽量减小封装间隙和电极面积,使得受限于临界偏压的外加偏压取值刚好能提供需要的量程,同时使用质量块减薄和打孔并用的方法来提高最大量程,所设计出的加速度计可具有70gn以上量程。     

一种沟槽结构四臂压电式加速度计的仿真设计

介绍了现有四臂压电式加速度计的工作原理及ANSYS软件在压电式加速度计方面的应用。将传统的四臂压电式加速度的悬臂梁改用沟槽式结构。并使用ANSYS软件进行仿真分析,发现沟槽结构的加速度计的灵敏度可以高达0.633 5mV/gn,远高于平坦基体表面结构式加速度计的灵敏度(0.281 95mV/gn)。     

梳齿式微机械加速度计的研制

微机械加速度计作为微机电系统(MEMS)的一个重要产品,目前已经得到了广泛应用.本文首先从整体上提出了微机械加速度计的工作原理和数学模型,并着重讨论了各个部分之间的关系;然后根据敏感元件的特性,对伺服回路的几个关键参数,即预载电压、PID校正参数和反馈增益,进行了分析;本文最后给出了一种加速度计整体性能的测试结果,结果表明:微机械加速度计的量程为±15gn,非线性度为0.041 9%,阈值为0.15 mgn,2 h稳定性误差为0.084 5 mgn,逐次启动重复性误差为0.156 mgn.     

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。     

叉指式微加速度计静电-机械耦合场分析

为了分析叉指式微加速度计静电-机械耦合场,提出了一种近似分析方法。作为实例,分析了一种新型微加速度计的机 电耦合场对灵敏度的影响,所得结果与理论值比较一致,且计算精度接近于有限元分析方法,进一步计算表明:将该近似方法与有限元方法结合,不仅可以提高求解速度,还可以达到较高的精度。     

电容式加速度计自动校零技术的研究

阐述了采用静电力自动调整微机械(MEMS)电容式加速度计零点的基本原理,设计了数字电位器MAX4502与单片机接口的自动校零电路,并给出了自动校零的程序流程图.实验表明:零点可以伺服稳定在30μV以内,调零快、调零效果较好.     

基于有限元的电容临近传感器研究

建立了电容临近传感器的三维仿真数学模型,用FEA对不同参数的传感器进行了仿真,比较分析了被测物距离、电极宽度、电极长度间隙比等对传感器灵敏度的影响,并与理论计算进行比较,结果表明:测量系统的灵敏度与电极宽度和电极长度间隙比近似成正比,与被测物距离近似成反比.该研究对电容临近传感器的结构设计有指导意义.     

基于MEMS技术的微电容式加速度传感器的设计

给出了一种基于MEMS技术制作的微电容式加速度传感器的结构及工艺。为了准确地把握这种微电容式加速度传感器的力学和电学特性,仔细地建立了它的力学模型。在此基础上,详细分析了它的动态特性———模态。并用有限元的方法分析和计算了微电容式加速度传感器的加速度与电容信号的非线性输入输出关系,并结合实测参数验证了模型的有效性。最后提出了一种详细的有效的基于MEMS技术的微电容式加速度传感器的结构以及加工工艺流程。基于MEMS技术制作的微电容式加速度传感器具有结构简单、工作可靠和工作范围大的特点。根据这套方法,可以比较方便地设计并加工不同测量要求的加速度计。     

MEMS高g值加速度计力学分析

运用有限元软件ANSYS并结合刚度矩阵算法对一种高g值加速度计结构进行了应力分析和模态分析,得到了在50000gn值的冲击下加速度计的应力、最大位移、模态响应,表明该结构能够在高冲击环境下安全工作.     

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。     

Linearity analysis of closed-loop capacitive accelerometer due to distance mismatch between plates and the influence of compensation capacitor array

This paper presents mathematical formulae showing that the distance mismatch for an uncentered proof mass in an accelerator sensor does not influence the linearity of the closed-loop accelerometer as a whole.This asymmetry in sensors only introduces an output voltage offset in the readout integrated circuit.Numerical simulation using Matlab/Simulink confirms the mathematical conclusion.The linear response after compensation with a conventional capacitor array is also simulated and analyzed.Results show that there is a loss in linearity.Similar results hold not only for the continuous-time architecture,but also for a time-divided architecture.A readout integrated circuit with a time-divided architecture is designed and fabricated using a 0.35μm HV CMOS process.An accelerometer composed of a microelectromechanical system sensor with severe built-in distance mismatch and the designed readout integrated circuit is tested.Test results show that the nonlinearity of such accelerometer is within 0.3%.     

一种扭摆式硅微机械加速度传感器

介绍了一种基于体硅微机电系统(MEMS)工艺制作的扭摆式硅微机械加速度传感器,对制作过程的一些工艺问题进行探讨,并提出相应的解决办法,主要涉及到硅-玻璃阳极键合、结构释放等关键工艺。对测试结果进行了初步分析,分辨力可以达到1mgn,测试±1gn范围内线性度可以达到99.99%。     

微机械电容式加速度计检测电路设计

通过对MEMS电容式加速度计的差分电容检测电路优缺点的比较,结合直流充放电检测方法和交流测量方法的优点,设计了微分检测电路,用方波作为载波。该电路由方波信号发生器、微分电路、全波整流电路和滤波电路组成。经试验验证:可检测到10-16F的差分电容,且其非线性度小于±1%FS,可作为MEMS电容式加速度计的后续处理电路。