偏置电压极性对差分电容微传感器可靠工作条件的影响分析

为了测得电容式传感器的电容变化,一般需要有直流偏置电压的交流驱动信号加到传感器上,然而驱动信号产生的静电力会干扰传感器的测量和可靠工作条件。文中分析差分电容传感器受到阶跃加速度信号作用时,不同偏置电压极性对可靠工作条件的影响,得到不同偏置电压极性下传感器的临界阶跃加速度与随测试信号电压和反馈系数的关系表达式及其变化曲线。结果表明若偏置电压极性为正-正或正-负配置,其电子机械反馈本质上是负反馈,且偏置电压极性-负或负-正配置,其电子机械反馈本质上是正反馈,偏置电压极性为负-正配置时,其抗阶跃加速度冲击的能力最低。     

基于MEMS传感器的无线传感网络节点的硬件设计

为了解决对建筑物的结构健康安全监测进行在线监测的问题,采用微机电系统(MEMS)技术和无线传感器网络技术相结合的方法,提出了一种基于磁驱动增大检测电流的新型电容式加速度传感器结构,介绍了其工作原理,并设计了该传感器的电容检测电路,在ANSYS仿真软件上对传感器性能进行了评价,在Multisim上对检测电路进行了模拟仿真;仿真结果表明,该传感器可以检测三维加速度信号,静态灵敏度可达0.558μm/g,动态测量范围为10 g,电路实际输出与仿真结果相符,符合要求;在节点整体方案设计中以低功耗的MSP430F1611作为控制MCU,以CC2430芯片实现无线收发,配合周围接口电路实现了位移信号的监测功能;采用片内温度传感器对节点进行了测试。测试结果表明,该节点能够完成监测,满足设计要求。     

基于MEMS传感器的高精度地震波采集系统

针对地震波微弱信号的采集问题,将MEMS传感技术应用于地震波采集中,设计了采集系统.提出了基于MEMS加速度传感器和24位高精度ADC芯片的地震波数据采集系统设计方案;采用精密仪表放大器对传感器信号进行了差分处理,由于系统为混合信号系统,在PCB设计时采用了数字模拟隔离方案以抑制相互之间的干扰,使用磁耦隔离芯片隔离ADC芯片与微控制芯片的通信接口,该采集系统接收LabVIEW上位机软件的命令,实时显示地震波波形,将地震波数据存储于SD卡内;分析了系统的硬件电路设计和软件流程;利用函数信号发生器对系统采集精度和频率响应进行了测定,并在模拟真实应用的环境下对系统进行了采集试验.实验结果表明：系统可达10 μV量级的采集精度,加速度信号重建质量较好,能够满足地震波数据采集的要求.     

孔的形状和排列方式对厚孔板微结构压膜空气阻尼的影响分析

本文对微结构上孔的形状和排列方式对压膜空气阻尼的影响进行了理论和模拟分析.理论研究表明对于不同厚度、不同排列方式下的孔单元阵列,若孔的总面积和孔单元面积均为常数,当孔数增加到某一值时有最小阻尼力,并用FEM工具ANSYS证明了该结论的正确性.结果还表明孔数对恒定尺寸微结构空气阻尼的影响随着结构厚度和孔数的增加而变得更加明显.分析结果对比表明在同样的尺寸条件下,孔方形排列微结构的空气阻尼小于孔蜂窝式排列微结构的空气阻尼,该现象随着孔单元面积的增加变得越明显,但是随着孔单元接近微结构的边界,阻尼之间的差距减小.研究结果可以用在高精度MEMS器件如MEMS地震检波器、MEMS光开关和MEMS红外光传感器等的优化设计中去.     

倾斜梳齿的MEMS电容式加速度传感器自我标定特性研究

本论文研究MEMS电容式加速度传感器的自我标定方法,模拟机械振动台标定,提高标定效率和降低标定成本,并从理论上分析了DRIE工艺误差对传感器自我标定精度的影响。本文分析的传感器模型梳齿间距为4um,厚度80um,传感器自我标定以模拟幅值为1g的振动台标定为例,针对DRIE工艺加工的高深宽比梳齿电容存在正负侧壁倾斜角α的情况,分析了该倾斜角对梳齿式传感器自我标定的影响。分析结果表明：传感器工作在开环电路时,梳齿的倾斜对传感器自我标定影响明显,且随着倾斜角度的增大而增大。与梳齿完全平行时传感器的自我标定相比,倾斜角为±0.1°时,自我标定误差约为10%;倾斜角为0.5°时,自我标定误差约为27%;倾斜角为-0.5°时,极板发生吸合。表明传感器工作在开环电路时,梳齿的倾斜角对传感器的自我标定影响明显,而传感器工作在闭环电路时,梳齿的倾斜对自我标定的影响明显降低,当倾斜角小于±0.5°时,自我标定的误差小于0.6%,理论误差接近于激光干涉仪绝对标定法的误差(0.5%－1%),证明了自我标定方法的可行性。本文还分析了倾斜角影响自我标定精度的原因以及提出了开环自我标定时减小倾斜角误差的方法,并阐述了具体的修正步骤。     

静电梳齿结构横向间隙的边缘效应分析

提出静电驱动梳齿结构横向静电力的边缘效应问题.通过对传统平行板电容器的静电力分析,着重研究了横向梳齿间距和驱动电压对边缘效应与静电力的影响,并与Ansoft有限元仿真结果对比.结果表明:当大间隙时,梳齿受到的边缘效应不明显,但较大电压时会出现静电力与电压平方的非线性现象;当小间隙时,平行板电容器模型公式不再适用,间隙值越小,电压越大时,耦合作用越明显,梳齿横向静电力越大,受到边缘效应的影响越大,横向静电力不再为恒定值.     

梳齿的不平行对电容式微机械传感器可靠工作范围的影响

分析了梳齿电容式传感器梳齿极板间的不平行在三种电容驱动下，对传感器的可靠性工作范围的影响。结果表明梳齿电容在同样的电压驱动下，当电容极板间的倾斜角由0.1度变到0.5度时，单边电容结构和双边电容结构的可靠工作范围分别变为电容极板完全平行时的0.45、0.56。对力平衡的双边梳齿电容结构，当倾斜角由0.1o变到0.15o时，可靠工作范围分别变为原来的0.925。并针对DRIE工艺刻蚀梳齿的原理，讨论了改进方法。     

一种改进的无线多媒体传感器网络分布式图像压缩算法

针对无线多媒体传感器网络(WMSNs)中单个节点资源严重受限而难以直接处理和传输图像的问题,在分布式渐进图像压缩算法(DICA)的基础上,提出了一种改进的基于簇内分布式处理的图像压缩算法(ICDP),即在每个簇内通过能量优先选择原则选取辅助节点来协同完成JPEG2000图像压缩标准中的多级小波变换,从而实现图像的分布式处理和压缩。仿真结果表明,与DICA算法相比,ICDP算法能够在保证图像重建质量和压缩比相同的前提下,更好地平衡网络中各节点能耗,延长了网络的生命周期,更适合应用于资源受限、节点部署密集的WMSNs中。     

基于集成芯片的压电换能器频率跟踪技术研究

针对超声驱动电源在不同共振频率跟踪（RFT）方案下存在的频率搜索范围小、跟踪进程长、软硬件设计复杂等问题,研究了基于集成芯片的频率跟踪方案。该方案以集成芯片为核心,结合逻辑控制及其外围接口电路,实现了压电换能器在毫秒量级的频率智能跟踪。此外,还设计了一种输出频率范围可调的VCO电路,来搭配使用频率跟踪模块;以匹配电路的电压放大倍数和换能器电流为目标函数计算出匹配参数。最后基于频率跟踪模块实现了小型化、低成本的超声驱动电源,验证了基于集成芯片的频率跟踪方案,所设计的电源拥有27KHz~29KHz频率搜索范围,0.5Hz的频率跟踪精度,实验结果表明,其能在3.5ms左右完成频率搜索和跟踪的进程。     

BP神经网络分步赋初值算法的研究

为解决BP神经网络的实际应用问题,将算法优化技术应用到该项研究中.在分析了多种BP算法的优化算法之后,提出了一种优化的分步赋初值算法,在对各种BP优化算法进行分析的基础上,着重研究了初值和BP算法的关系,并建立了神经网络的线性方程,通过求解方程得到了BP神经网络的最优初始权值.研究结果表明:优化算法不仅降低了BP算法的训练时间,使其由13 s缩短到1s以内,同时,BP赋初值算法的误差曲线由平缓变为直线下降,解决了传统BP算法易陷入局部极小值的问题.