利用测温电路线性补偿MEMS加速度计零偏温漂

为提高MEMS加速度计温度稳定性,针对MEMS加速度计零偏温度漂移问题,提出了一种基于闭环点位置控制的零偏温漂抑制方法,该方法利用测温电路生成线性控制电压,在不同温度下将闭环点位置控制于零反馈位置附近,此时闭环加速度计的零偏近似为0,在全温范围内的零偏漂移量可显著降低。对闭环MEMS加速度计进行温度循环试验,试验结果表明,加入线性控制电压后闭环加速度计的零偏温漂下降到0.1 mg/℃以内,与不加线性控制电压相比提高了一个数量级以上。该方法实现简单,可操作性强,无需额外硬件开销,利于工程化实现。     

MEMS电容式加速度计可靠性研究

探讨了MEMS电容式加速度计的结构、电路、制造工艺和系统等各方面的可靠性,总结出了表面粘附、结构断裂、分层失效和辐射失效等几种主要失效模式,并进行相应的失效机理分析.通过可靠性实验进行了验证,发现非致命的环境影响因素中,温度对电容式加速度计性能影响最大,最终完成了满足实用化要求的MEMS微加速度计设计.     

一种MEMS加速度计的噪声处理与参数训练方法

为进一步提高微机电系统(MEMS)加速度计的测量精度,建立以测量值为输入、真实值为输出的MEMS加速度计误差补偿模型,利用Allan方差和最小均方(LMS)自适应滤波算法对加速度计在6个位置下的多组实际测量数据进行噪声分析和预处理,处理后的全部测量数据作为样本训练模型参数,利用最小二乘和批量梯度下降相结合的方法获得样本数据对真实模型参数的最优拟合,并利用该模型对加速度计进行误差补偿,实现MEMS加速度计的高精度标定。实验验证表明,利用该模型对MEMS加速度计进行误差补偿后,输出值的均值误差为(0.72～1.19)×10-4g,标准差为(0.75～1.61)×10-4g,相对于补偿前,均值误差降低了2个数量级,标准差降低了1个数量级,有效提高了MEMS加速度计的测量精度和稳定性。     

闭环加速度计CMOS接口电路

采用高压18 V CMOS集成电路工艺,设计了一种开关电容闭环加速度计接口电路芯片。芯片电路中包括开关电容型电荷敏感放大器,PID控制电路以及相关双采样电路。采用相关双采样技术并用大面积PMOS晶体管作前级放大器输入级来消除放大器的1/f噪声、失调电压及KT/C噪声;用高环路增益及静电力平衡技术消除后级电路的1/f噪声、电荷注入和时钟馈通。在相同电极的条件下,利用电荷检测与静电力反馈时域分离法,有效地消除了驱动馈通的影响。设计的芯片采用18 V电源电压供电,闭环加速度计刻度因子为420 mV/g,噪声密度为10 μg/ Hz ,芯片面积为15.2 mm²。     

数字闭环加速度计的带宽测试

为了测试数字闭环加速度计系统的带宽,对国军标1037A-2004中的电模拟法进行了改进。首先,讨论了用国军标1037A-2004中的电模拟法测试数字闭环加速度计带宽存在的不足,然后,对加入激励信号的数字闭环加速度计系统的检测电路及闭环控制模型进行分析。分析显示,在系统的反馈回路加入激励信号最终可以在输入端等效为外界输入加速度,且该系统的动态模型与传统机械激励测试法系统的动态模型一致。最后,提出一种在数字闭环加速度计的反馈回路外加激励信号来测试该系统带宽的方法。实验表明:数字闭环加速度计系统的实测-3dB带宽值为320Hz左右,与理论值(345Hz)基本吻合。该方法具有精度高、误差源少、便于在线测试等特点,可满足大多数数字闭环加速度计的带宽测试要求。     

SDB技术在MEMS加速度计中的应用

介绍了硅硅直接键合(SDB)技术的反应机理、实现方法和技术优势,重点阐述了SDB技术在MEMS加速度计中的应用;通过初步测试,表明利用SDB技术制作的加速度计具有很好的稳定性.     

封装残余应力对MEMS加速度计输出特性影响

针对微机械系统(MEMS)加速度计封装过程中引入的残余应力进行测量和分析。采用简支梁模型对有无残余应力下的传感器敏感结构进行挠度计算。最终使用拉曼光谱仪和霍普金森杆进行试验,验证了残余应力会降低加速度计的输出灵敏度,有效的封装能抵消部分芯片制作过程中的残余应力,提高传感器的灵敏度的结论。     

三轴数字MEMS加速度计现场标定方法

微机电系统(micro electro mechanical systems,简称MEMS)加速度传感器作为低成本惯性测量单元在物体姿态监测中有着广泛应用。根据三轴数字加速度传感器的输出数学模型,详细推导了如何计算数学模型中标度因数、安装误差系数以及零偏值。提出一种基于长方体的六位置简单标定方法,对比三轴转台精确标定结果表明六位置简单标定法简单易行,精度较高,易于单片机实现,适合不具备三轴转台的场所,且该方法对MEMS三轴数字加速度计的校准具有很好的通用性。     

一种MEMS硅微三维加速度计设计

在压阻式硅微二维加速度计的基础上,提出了一种MEMS硅微三维加速度计.该加速度计微结构包括由四梁-柱体组成的二维水平检测单元和双T型垂直检测单元两部分,通过双T型检测单元和微型柱体与四梁检测单元检测空间三维方向的加速度值.建立了该结构的数学模型并用有限元分析软件Ansys对敏感弹性元件进行力学特性分析.最后对加工出的加速度计进行性能测试.测试结果表明,该加速度计3个方向频响曲线平坦、灵敏度高、线性度好,轴间耦合度小,X向灵敏度为2.17 mV/g,非线性度为0.63％,y向灵敏度为2.08 mv/g,非线性度为0.75％,Z向灵敏度为1.66mV/g,非线性度为1.13％.     

时分复用数字闭环电容式微加速度计接口电路

为实现电容式微加速度计的数字输出闭环,设计了一种数字输出闭环ASIC(Application Specific Integrated Circuit)接口电路,以降低电路输出噪声并提高测量量程。对已有的电容式微加速度计ASIC电路进行了改进,分时段在中间极板上加载差分电容读出信号和由脉宽调变(PWM)波控制的反馈信号,然后由控制器实现闭环,利用Sigma Delta调制器实现模数转换。通过分析差分电容读出电路和Sigma Delta调制器的原理和特性,建立了该数字输出闭环电容式微加速度计的模型,进行了系统的设计与仿真。实验结果表明,该数字输出闭环电容式微加速度计的噪声水平为9.6μg/√Hz,量程为±3g。这些结果验证了时分复用方案的可行性和本文所提出模型的正确性。     

硅微电容式加速度计的闭环控制技术研究

论述了闭环控制的原理,即通过静电力反馈来实现平衡控制。并通过计算保证了闭环控制系统的稳定性。可见,闭环工作下的电容式加速度计的稳定性、精度和线性度等都得到了提高。     

温漂智能数字补偿系统

本文介绍的温漂智能数字补偿系统在智能化磁敏型转矩转速仪上得到使用。该系统是由双极性A/D转换电路、8031单片机最小系统和双极性D/A转换电路组成。它的补偿系统是用双极性A/D转换电路测量被补偿系统的温漂,然后用双极性D/A转换电路,再对被补偿系统的温漂进行补偿,使被补偿系统不漂。     

基于MEMS加速度计的物体倾角无线测量系统

针对机械、建筑等领域内一些低频、小幅度的倾角测量,设计了一种以MEMS三轴加速度传感器MMA8451Q和MC9S12XS128单片机为核心的倾角测量系统。单片机通过IIC总线采集倾角信号,通过蓝牙模块发送至PC机;利用VB语言编写了相应的程序实现数据接收和绘图功能。该系统可以同时测量出物体在坐标系三坐标轴方向上的倾角。试验研究表明,系统校准后的测量精度为0.2°,可应用于机械平台和土木建筑的倾角测量领域。     

全差分三轴MEMS电容加速度计的设计

采用刻蚀氧化硅牺牲层、沉淀多晶硅、再次刻蚀多晶硅的工艺,设计了基于单一敏感质量块的全差分三轴电容式加速度计。根据外界加速度激励对器件的不同位移作用,详细分析了三轴方向上加速度激励的交叉耦合影响。最后结合仿真结果得出:该器件具备结构简单紧凑、抗干扰能力强、灵敏度高、工艺简单等优点,在电子消费领域有很好的应用前景。     

基于MEMS陀螺仪和加速度计的动态倾角传感器

仿人形机器人各关节的姿态及重心位置是其步态控制研究的关键.为了获得这些姿态数据,设计了一种基于MEMS陀螺仪和加速度计的低成本动态倾角传感器,利用卡尔曼滤波算法将陀螺仪和加速度计输出的数据进行滤波融合,解决了加速度计因机器人的线性加速度而无法准确测量其动态倾角、陀螺仪因存在漂移等而长时间测量精度不高的问题.实际测试结果表明,所设计的传感器能够测量动态倾角并具有较高的精度,可以满足仿人形机器人姿态控制的需要.     

具有自检测功能的闭环加速度计接口电路设计

为了改善微机电系统(MEMS)电容式加速度计的噪声特性,提出了一种基于开关电容的低噪声闭环接口电路。该电路采用电荷积分器作为前级预放大装置,对寄生电容不敏感,而且具有非常低的噪声。采用相关双采样(CDS)技术消除了1/f 噪声和运算放大器失调电压的影响。同时,为了改善系统的动态响应特性,反馈部分采用积分电路,提高了系统阻尼比和响应速度。利用电荷泻放通道实现了自检测功能。采用0.5 μm CMOS工艺完成了版图设计,仿真结果表明,系统灵敏度为0.115 V/g,非线性度＜0.12%,可检测的最小加速度为20 μg,自检测输出与自检测电压成正比。     

闭环电容式微加速度计全差分CMOS接口电路

提出了一种用于电容式微加速度计的低噪声、高线性度全差分接口电路.基于开关电容检测技术,该电路采用一种新的双路反馈结构来提高系统线性度,并采用2 μm n阱CMOS工艺完成芯片设计.仿真结果证明,电路中采用的双路反馈和全差分检测结构使系统的线性度达到0.01%.加入经过优化设计的比例-微分-积分控制器后,有效减小了系统稳...     

数字闭环加速度计系统模型分析与校正设计

模数转换环节引入的精度损失是基于模拟伺服方案的石英挠性加速度计的主要缺陷.提出了一种数字闭环检测方法,该方法在实现加速度信号闭环检测的同时,直接提供数字输出,理论上不存在精度损失.建立了数字闭环检测系统的数学模型,通过阻尼修正部分将摆片的模型改善为最佳阻尼状态,利用积分环节和补偿校正消除系统的一阶静态误差,保证足够的相角裕度.依据国军标测试方法对试验样机进行测试,结果表明:系统超调量在20％左右,-3 dB带宽接近300 Hz.实验结果与理论仿真基本一致,验证了数字闭环检测方法的正确性和可行性.     

梳齿式微机械加速度计闭环系统的线性度

为研究离心试验中微机械加速度计的线性度和输入加速度的关系,分析闭环系统的位置误差,然后根据微机械加速度计闭环系统的输出公式,对离心试验的加速度输入和电压输出之间的关系进行最小二乘分析,提出单程线性度和全程线性度的公式,证明线性度为输入的二次曲线函数,且与开环系统低频环路增益有关。线性度公式表明增大低频环路增益,增大悬臂梁机械刚度以提高线性度的方法。利用电测法估算机械参数,并利用离心试验的数据进行验证。结果表明,可以利用±1g静态翻滚试验的数学模型和电气参数来估计高g输入下的线性度,理论值与实测值符合得较好,因此可以用简单廉价的±1g线性度测试来粗略替代复杂且昂贵的离心试验进行满量程线性度的估算。     

无温漂滤光片的制备方法

随着光学薄膜技术的不断发展,光学薄膜器件应用的日益广泛,光学薄膜器件的温度稳定性也被提取了极重要的地位。针对这一问题进行了研究,并给出了相应的解决办法。