基于MEMS加速度计的数字倾角测量仪的设计

设计由MEMS加速度计与soC型单片机C8051F040组合而成的一种新型数字倾角测量仪.通过对MEMS加速度计的输出信号进行调理和A/D采集,并且在获得数字信号后进行温度补偿.解算出倾角值并通过LCD1602显示.该倾角测量仪具有体积小、重量轻、精度高的特性.可广泛应用于建筑、机械、道路、桥梁和地质勘探等重力参考系下测量倾角的场合.     

基于Kalman滤波和六位置法的加速度计标定补偿

加速度计的零偏、刻度因子、安装误差都会影响加速度计的精度。以微机械系统(MEMS)加速度计为实验对象,采用卡尔曼(Kalman)滤波对实验数据进行滤波,结合六位置法得到MEMS加速度计的零偏、刻度因子、安装误差与MEMS加速度计测量值的关系,最终获得基于Kalman滤波和六位置法的MEMS加速度计标定补偿数学模型。通过实验测试表明,补偿后MEMS加速度计的输出值更接近标准值,且加速度计解算俯仰角(-90°~+90°)的绝对误差由补偿前的1°经补偿后减小为0.34°。验证了该标定补偿算法的可行性,对提高MEMS加速度计测量精度有较好的理论和工程应用价值。     

惯性MEMS倾角测量误差补偿设计

利用ADI公司的MEMS陀螺仪ADXRS612和ADuC7026微控制器,对飞行器在垂直起降阶段进行姿态倾角测量。由于该陀螺仪随着时间的积累,会产生较大漂移,采用ADI公司的MEMS加速度计ADIS16210对倾角进行测量,并采用最小二乘拟合推算了陀螺仪漂移误差模型,以补偿陀螺仪漂移误差,提高了飞行器垂直起降时的姿态控制精度。     

基于ADXL343加速度传感器的倾角测量系统设计

在许多应用领域中,如设备安装、机器人控制、测量机床仪器导轨的直线度、小车的位姿控制中,都经常需要测量倾角。目前的倾角传感器虽然测量精度高,但价格昂贵,无法在各个领域得到广泛应用。由于加速度计的输出经处理可得到一个与倾斜角成正比的直流电压,因此可以利用加速度计来测量物体相对于水平面的倾斜角,尤其是MEMS加速度计传感器体积小、重量轻、功耗低、启动快、成本低、可靠性高、易于实现数字化和智能化,因此加速度传感器在需要测量运动物体倾角的     

基于光纤检测技术的扭转敏感微机电系统加速度传感器

为实现微型化、抗电磁干扰、可长时间工作和可远距离传输的加速度传感器,提出了一种基于微机电系统(MEMS)非对称扭镜结构的光纤加速度计设计方案,并利用对角度变化非常敏感的双光纤准直器对扭镜的扭转角度变化进行检测。MEMS光纤加速度计由MEMS非对称扭镜结构、驱动电极和双光纤准直器等组成。分析了器件的加速度敏感原理和光纤检测原理,介绍了器件综合设计考虑,并给出了器件的结构参数。利用MEMS加工技术成功制作了MEMS光纤加速度计样品。对加速度计进行了实验测试,加速度计的输出实验值与理论值吻合。测试结果表明,该加速度计量程为±2g,带宽为600 Hz,分辨率优于10-4 g,且具有良好的线性度和重复性。该MEMS光纤加速度计将MEMS敏感结构与光纤检测相结合,兼备了两者的优点,结构紧凑、制作工艺简单。     

基于GSA-SVR算法的MEMS温度漂移补偿方法

针对微机电系统(MEMS)仪表零偏受温度变化影响较大的问题,该文提出了一种基于引力搜索算法-支持向量回归(GSA-SVR)的MEMS零偏温度漂移补偿方法。先通过小波变换对MEMS陀螺和MEMS加速度计输出信号进行预处理,再采用GSA-SVR算法对MEMS在不同工作状态下进行温度建模并补偿。实验结果表明,在稳定工作阶段,与补偿前相比,补偿后加速度计和陀螺的输出标准差分别降低了90%和85%。与传统SVR相比,该文方法准确性较高,实用性较好,GSA-SVR算法将加速度计和陀螺输出的标准差分别降低了6%和10%。     

MEMS传感器ADIS16209原理与应用

MEMS传感器作为一种新型的、前景广阔的、用途广泛地传感器,正日益得到各国研究人员的广泛重视。本文在介绍MEMS传感器的特点和种类的基础上,详细介绍了AD公司的MEMS双轴加速度传感器ADIS16209的原理、结构以及使用方法等,并设计了基于ADIS16209的倾角测量仪的原理图及开发电路板。     

MEMS加速度计可靠性评价技术

MEMS加速度计是动作识别设备、姿态控制设备等电子设备的核心器件,其功能失效会严重影响设备的可靠性。而目前国内外还没有MEMS器件的可靠性实验标准,这在一定程度上制约了MEMS加速度计的应用与发展。针对该现状,深入研究了MEMS加速度计敏感部件的失效模式及失效机理,得到了典型环境应力与器件失效的关系,分析了加载环境应力可能导致器件失效的环境实验,并选取了相应的MEMS加速度计产品进行了可靠性实验验证,得出了MEMS加速度计可靠性评价的初步试行方案。     

一种振动测量用电容式硅基MEMS加速度计

为了解决目前微电子机械系统(MEMS)加速度计在振动测量领域量程小和振动测量精度低等问题,基于绝缘体上硅(SOI)加工工艺,设计并制作了一款梳齿电容式MEMS加速度计。通过提高工作模态频率和干扰模态频差,提升了加速度计振动环境适应性;加速度计量程达到±50g,非线性度0.2%,横向灵敏度0.17%,分辨率优于0.5mg,体积9 mm×9 mm×2.7 mm,功率损耗30 mW。针对随机振动环境对加速度计的输出精度进行了实验验证,结果表明,MEMS加速度计与标准传感器的输出误差为2.69%,能够满足大部分工程应用需求。     

基于MEMS加速度计的优化九位置校准算法

针对传统的加速度计标定法对高精度转台依赖高的问题,提出一种基于微机电系统(MEMS)加速度计的优化九位置标定算法。该算法考虑加速度计的非线性因子和电子串扰效应,通过采集9个位置的静态加速度计输出数据,即可对加速度计零偏、刻度因子和安装误差等系数进行高精度快速校准,摆脱了对传统转台的依赖。实验结果表明,基于MEMS加速度计的九位置标定算法有效解决了加速度计非线性问题,减低了电子串扰效应对加速度计的影响,加速度计的误差精度由8.48×10-3g(g=9.8 m/s2) 减少到5.1×10-4g,证明该九位置标定算法的可行性和有效性。     

基于ADIS16209MEMS的基站天线倾斜度测试系统设计

文章介绍了基于MEMS技术的用于基站天线维护的天线倾斜度测试系统．首先介绍MEMS技术及其发展前景,然后重点介绍天线倾斜度测试系统的构成,以ADIS16209MEMS倾斜计、ARM控制器和SN65HVD1781为主体,通过Modbus远程配置以及通信,上位机实时显示监测数据,本系统精确度高,满足实际使用的需要。     

FIR数字滤波在MEMS加速度计中的应用

简要分析了MEMS加速度计应用模型中的噪声来源,介绍了FIR数字低通滤波器的设计方法,并用FPGA实现的FIR滤波器对MEMS加速度计的输出信号进行了实时滤波处理。通过对滤波前后时、频域信号的比较,可以看出采用FIR数字低通滤波器能有效抑制加速度计输出信号中的高频噪声、提高加速度计的测量精度。实验结果表明,滤波前噪声信号标准偏差为1.53×10-5V,经FIR数字低通滤波后的噪声信号标准偏差降低为5.4×10-6V,加速度计的分辨率由126μg提高到42μg。     

一种新型过载传感器的数字化设计

针对以往输出模拟信号的过载传感器传输稳定性差、抗干扰性差、操作不便等问题,提出了一种可实现数字信号输出的新型过载传感器。选用基于MEMS技术的电容式加速度计实现对过载信号的高精度采集,信号经调理电路后通过STM32微处理器内部的模数转换模块处理数据,采用RS-485通信总线实现数字信号的传输,最终实现过载参量的灵敏采集和数字信号输出。实验证明,该传感器在性能可靠性及功能完整性方面均满足设计要求。     

一种自主定向磁复合三维MEMS矢量水听器

设计了一种自主定向的磁复合三维MEMS矢量水听器。该矢量水听器采用三维MEMS加速度传感器与磁传感器结构复合设计,并采用与信号处理电路紧靠方式,可减小噪声干扰及抑制信号衰减。通过磁复合三维MEMS矢量水听器解决单个矢量水听器定向精度不高问题。该矢量水听器完成了水下驻波场测试和无磁转台测试,测试结果验证了利用磁传感器补偿矢量水听器定向方法的可行性。     

高灵敏加速度计微弱信号提取电路设计与测试

介绍了一种压阻式高灵敏加速度传感器微弱信号提取电路。该信号提取电路采用两级信号放大设计,两级之间设计有二阶巴特沃兹低通滤波器。本设计电路通过电路仿真软件进行仿真和外接加速度计测试。测试结果表明,该微弱信号检测提取电路可以很好地对高灵敏MEMS加速度计输出的信号进行放大,具体表现为可将传感器输出信号从毫伏级放大到伏级。采用这种电路设计的MEMS高灵敏加速度计输出信号具有良好的低频特性,可以满足高灵敏传感器宽频带测试的需要。     

A Single-Axis Low-Cost Accelerometer Fabricated Using Printed-Circuit-Board Techniques

This letter presents a new single-axis low-cost printed-circuit-board (PCB)-based accelerometer. Motivated by the need to develop low-cost human-sensing accelerometer, a capacitive PCB-based microelectromechanical-system (MEMS) accelerometer is developed, and the experimental results of the prototype have demonstrated that the objective is feasible. The PCB-based MEMS accelerometer is fabricated with a metal film adhered to a PCB, which forms the two electrodes of the sensing capacitor of the accelerometer. This signal is compared with the output signal of a commercially available accelerometer, ADXL330, by Analog Devices. The prototypes are designed to have a dynamic range of $pm$5 g and a bandwidth from 0 to 20 Hz, which covers the range of accelerations for human limbs. The result shows that the new low-cost accelerometer can fulfill the requirement of human motion sensing.      

抗野值自适应Kalman滤波在MEMS加速度计信号处理中的应用

针对MEMS加速度计在复杂应用环境下输出信号中存在野值,且其噪声统计先验知识不足的问题,运用了一种抗野值自适应Kalman滤波算法,采提高其测量精度.该算法用一个修正函数加权于自适应Kalman滤波方程的新息上,根据新息的方差和均值变化自适应调整修正权值,从而保持序列原有性质.通过对输出信号的算法验证,表明该算法能够有效在线去除野值,防止滤波发散,在提高MEMS加速度计测量精度上有一定的可行性.     

MEMS加速计的SOIC封装技术研究

文中通过研究MEMS（微机电系统）加速计在SOIC封装（小外形集成电路封装）下的特性,针对MEMS芯片断裂故障的原因分析了影响PPM（百万分比的缺陷率）性能的主要封装工艺步骤。其中感应单元固晶胶的硬度是引起芯片断裂的主要参数,通过反向工程确定了可以同时满足感应单元固有频率和封装可靠性要求的固晶材料。在试验中采用固晶胶E后,MEMS加速计的SOIC封装呈现出更加强韧的特性。此研究对于改善MEMS加速计的PPM性能有一定参考价值。