微机械电容式加速度计的系统分析

发布时间：2017-03-30 18:05

  本文关键词：微机械电容式加速度计的系统分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 利用MEMS技术生产的微机械电容式加速度计具有制作工艺简单、温度系数小、稳定性好、阻尼系数容易控制等优点,因而得到了广泛的应用。因此,对其进行研究具有重要的理论意义及应用价值。 本文根据微机械电容式加速度计的工作原理,经过分析建立了其力学模型,给出了相应的运动方程,进而给出了其动态控制模型。综合比较了三种类型电容加速度计的特点,并根据各种梁结构的力学性能,通过分析比较,得出了折叠梁支撑的体硅加工定齿偏置梳齿结构为电容加速度计的最优结构。以定齿偏置梳齿闭环电容加速度计为例,设计了该加速度计的电容检测电路;对它的静电刚度、量程、稳定性、分辨率、躁声与阻尼特性进行了研究。研究结果表明为了提高精度,扩大加速度计的量程,只有当闭环加速度计的偏置电压采用正负配置时才可能使静电力产生负反馈效应;而且偏置电压的设置要适当,才能满足量程和稳定性的要求;采取必要的措施减小机械躁声可以提高分辨率;加速度计的阻尼可以通过调整闭环电路的参数来实现优化。本文的研究为微机械电容加速度计的进一步优化设计奠定了坚实的理论基础。
【关键词】：微机械电容式加速度计 原理 结构 检测 性能
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH824
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 微机电系统概述7-11
• 1.2 微机械加速度计11-13
• 1.2.1 微机械加速度计的产生与分类11-12
• 1.2.2 国内外微机械电容加速度计的研究现状12-13
• 1.3 本论文的主要目的和主要工作13-15
• 第二章 微机械电容加速度计的工作原理及模型15-39
• 2.1 微机械加速度计的工作原理与模型15-18
• 2.1.1 微机械加速度计的工作原理15
• 2.1.2 微机械加速度计的模型15-18
• 2.2 微机械电容式加速度计的工作原理18-22
• 2.2.1 微机械电容式加速度计的工作原理18
• 2.2.2 电容的改变方式与工作原理18-22
• 2.3 开环微电容加速度计的数学模型22-26
• 2.3.1 开环静电力23
• 2.3.2 开环静电负刚度23-26
• 2.4 闭环微电容加速度计的数学模型26-35
• 2.4.1 偏置电压的配置26-28
• 2.4.2 闭环静电反馈电路中偏置电压的设置28-35
• 2.5 闭环伺服系统的动态模型35-36
• 2.6 电模拟模型36-38
• 2.7 本章小结38-39
• 第三章 微机械电容式加速度计的结构设计39-49
• 3.1 微机械电容式加速度计的三种结构39-40
• 3.2 表面加工定齿均匀配置梳齿式电容加速度计40-41
• 3.3 体硅加工定齿偏置结构的梳齿电容加速度计41-47
• 3.3.1 体硅加工定齿偏置结构的优点42-43
• 3.3.2 结构粱选择43-45
• 3.3.3 折叠粱刚度计算45-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 微机械电容加速度计的电容检测电路49-55
• 4.1 电容测量转换电路49-54
• 4.1.1 加速度计激励信号的确定49-50
• 4.1.2 电荷放大器50-51
• 4.1.3 高通滤波器51-52
• 4.1.4 差动运算放大器52-53
• 4.1.5 同步解调器53-54
• 4.2 集成测量电路54
• 4.3 本章小结54-55
• 第五章 伺服电容加速度计的性能分析55-69
• 5.1 静电力分析55-57
• 5.2 量程分析57-58
• 5.3 稳定性分析58-60
• 5.4 分辨率分析60-61
• 5.5 表头的交叉灵敏度分析61-64
• 5.6 噪声分析64-65
• 5.7 阻尼分析65-67
• 5.8 本章小结67-69
• 第六章 结束语69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-75
• 研究成果75

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 吕海峰;彭小明;刘静;;集装箱用电容式加速度传感器的热变形分析[J];包装工程;2013年01期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 周吴;微加速度计的机电耦合特性及关键技术研究[D];西南交通大学;2010年

2 代刚;MEMS-IMU误差分析补偿与实验研究[D];清华大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 郭攀;微传感器微弱电压信号读出电路芯片设计[D];中国科学技术大学;2010年

2 魏华峰;低功耗高精度电容式加速度计系统的设计与研究[D];浙江大学;2012年

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本文编号：277724