MEMS加速度计敏感信号读出电路及性能补偿系统研究
发布时间：2021-03-06 19:50
MEMS加速度计作为一种重要惯性器件广泛应用于日常生活、工业生产和航空航天等领域,其性能的优劣程度显得尤为重要。MEMS加速度计的性能主要受加工工艺、内部结构、材料、外界环境等因素影响,对于已加工制作好的加速度计,敏感信号读出电路精度与环境温度是影响其性能的重要因素,因此如何提高敏感信号读出电路精度以及克服温度误差影响具有重要研究意义。本文在充分研究扭摆式硅微加速度计原理的基础上,以加工制作好的扭摆式硅微加速度计为对象,在敏感信号读出电路设计及温度误差补偿方面对提升加速度计性能进行了一系列研究,主要工作如下:（1）理论分析了扭摆式硅微加速计工作原理与温度特性,论述了评估加速度计性能优劣的重要参数及测试方法。（2）针对扭摆式硅微加速度计结构与原理,在对比分析微小敏感电容检测电路的基础上,设计了以电荷放大器为核心的单载波双端敏感信号读出电路,在理论分析电路噪声的基础上,从电路结构选择、芯片选型、参数选取、PCB布局等方面对其进行优化设计。（3）对比分析了采用最小二乘多项式拟合、BP神经网络、改进的PSOBP神经网络建立的温度补偿模型的优缺点,为最终补偿模型的选取提供指...
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１单片集成微机械加速度计??
?ＭＥＭＳ加速度计敏感信号读出电路及性能补偿系统研究??图１－２?ＨＡＲＰＳＳ横向电容加速度计??飞思卡尔生产的加速度计ＭＭＡ８４５Ｑ，实物如图１－３所示，是一款低功耗、高精??度的三轴加速度计，分辨力可达９９ｐｇ／Ｖ＾，工作电压可调，可在１．９５Ｖ低电压下工??作，量程实现了?±２ｇ／±４ｇ／±８ｇ可调，可以应用在静态方向检测、实时行为动态分析等??方面。２０１３年博世推出的一款高精度ＭＥＭＳ加速度传感器ＢＭＡ２５０，芯片实物如图??１－４所示，是一款超小、三轴、高精度、数字接口加速度传感器，芯片尺寸小到??２ｍｍｘ２ｍｍ，可通过编程实现±２ｇ到±１６ｇ范围内量程调节，精度小于４ｍｇ，可以感??知倾斜、运动、撞击，满足许多低功耗民用消费类电子制造商家需求。??图１?－３?ＭＭＡ８４５Ｑ加速度计?图１?－４?ＢＭＡ２５０加速度计??２０１５年法国Ｓａｇｅｍ公司和瑞士?Ｃｏｌｉｂｒｙｓ公司合作推出的一款ｓｉｇｍａ＿ｄｅｌｔａ导航级??加速度计
ＭＥＭＳ加速度计敏感信号读出电路及性能补偿系统研究??图１－２?ＨＡＲＰＳＳ横向电容加速度计??飞思卡尔生产的加速度计ＭＭＡ８４５Ｑ，实物如图１－３所示，是一款低功耗、高精??度的三轴加速度计，分辨力可达９９ｐｇ／Ｖ＾，工作电压可调，可在１．９５Ｖ低电压下工??作，量程实现了?±２ｇ／±４ｇ／±８ｇ可调，可以应用在静态方向检测、实时行为动态分析等??方面。２０１３年博世推出的一款高精度ＭＥＭＳ加速度传感器ＢＭＡ２５０，芯片实物如图??１－４所示，是一款超小、三轴、高精度、数字接口加速度传感器，芯片尺寸小到??２ｍｍｘ２ｍｍ，可通过编程实现±２ｇ到±１６ｇ范围内量程调节，精度小于４ｍｇ，可以感??知倾斜、运动、撞击，满足许多低功耗民用消费类电子制造商家需求。??图１?－３?ＭＭＡ８４５Ｑ加速度计?图１?－４?ＢＭＡ２５０加速度计??２０１５年法国Ｓａｇｅｍ公司和瑞士?Ｃｏｌｉｂｒｙｓ公司合作推出的一款ｓｉｇｍａ＿ｄｅｌｔａ导航级??加速度计，工作带宽１００Ｈｚ，分辨力可达１吗／｜，基本满足惯性导航精度的要求，??代表着目前世界上微加速度计领域最高的研究水平［２６］。??我国在ＭＥＭＳ研究领域相对于西方发达国家起步晚了近三十年
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用智能手机三轴加速计实现计步器应用软件及商用价值[J]. 尤嘉宁,俞静,谷文林. 电子设计工程. 2016(06)
[2]基于最小二乘法的pH值温度补偿系统设计[J]. 张开远,周孟然,闫鹏程,王瑞. 传感器与微系统. 2015(05)
[3]基于PSO的BP神经网络在压力传感器温度补偿中的应用[J]. 孙艳梅,苗凤娟,陶佰睿. 传感技术学报. 2014(03)
[4]基于闭环点位置控制的硅微梳齿式加速度计温漂抑制方法[J]. 徐哲,刘云峰,董景新. 中国惯性技术学报. 2014(01)
[5]BP神经网络在加速度计误差补偿中的应用[J]. 倪建丽,葛红娟,吴秀萍,盛守照. 测控技术. 2013(11)
[6]基于小波—BP神经网络的短期风电功率预测方法[J]. 师洪涛,杨静玲,丁茂生,王金梅. 电力系统自动化. 2011(16)
[7]基于小波网络的光纤陀螺启动漂移温度补偿[J]. 李家垒,许化龙,何婧. 光学学报. 2011(05)
[8]一种适用于MEMS陀螺仪的高性能电容读出电路[J]. 吴其松,杨海钢,张翀,尹韬. 仪器仪表学报. 2010(04)
[9]一种用于电容型体硅微陀螺的低噪声读出电路芯片[J]. 尹韬,杨海钢,张翀,吴其松,焦继伟,宓斌玮. 电子与信息学报. 2010(01)
[10]基于支持向量机的电容式传感器温度补偿研究[J]. 张妤,谢永华,穆丽新,朱齐丹. 传感器与微系统. 2009(06)
硕士论文
[1]MEMS加速度计温度补偿方法研究[D]. 刘滔.苏州大学 2017
[2]电容检测式硅微陀螺敏感信号读出电路性能研究[D]. 卢月娟.苏州大学 2016
[3]扭摆式硅微加速度计性能补偿方法研究[D]. 杨志梅.苏州大学 2015
[4]基于改进PSOBP的FAST节点位移控制研究[D]. 徐双.东北大学 2014
[5]基于粒子群小波神经网络的网络流量预测模型研究[D]. 惠万春.西安电子科技大学 2014
[6]复合量程微加速度计温度补偿的研究[D]. 李文燕.中北大学 2012
[7]高精度电容式微机械加速度计系统的研究与设计[D]. 许乐.浙江大学 2010
[8]新型MEMS电容式加速度传感器检测电路的设计与研究[D]. 马文英.吉林大学 2007
[9]基于加速度计的炮弹惯性测量硬件系统设计[D]. 殷栩.哈尔滨工业大学 2006
[10]MEMS电容式加速度传感器相关检测技术研究[D]. 吴浩.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2006
本文编号：3067706
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１单片集成微机械加速度计??
?ＭＥＭＳ加速度计敏感信号读出电路及性能补偿系统研究??图１－２?ＨＡＲＰＳＳ横向电容加速度计??飞思卡尔生产的加速度计ＭＭＡ８４５Ｑ，实物如图１－３所示，是一款低功耗、高精??度的三轴加速度计，分辨力可达９９ｐｇ／Ｖ＾，工作电压可调，可在１．９５Ｖ低电压下工??作，量程实现了?±２ｇ／±４ｇ／±８ｇ可调，可以应用在静态方向检测、实时行为动态分析等??方面。２０１３年博世推出的一款高精度ＭＥＭＳ加速度传感器ＢＭＡ２５０，芯片实物如图??１－４所示，是一款超小、三轴、高精度、数字接口加速度传感器，芯片尺寸小到??２ｍｍｘ２ｍｍ，可通过编程实现±２ｇ到±１６ｇ范围内量程调节，精度小于４ｍｇ，可以感??知倾斜、运动、撞击，满足许多低功耗民用消费类电子制造商家需求。??图１?－３?ＭＭＡ８４５Ｑ加速度计?图１?－４?ＢＭＡ２５０加速度计??２０１５年法国Ｓａｇｅｍ公司和瑞士?Ｃｏｌｉｂｒｙｓ公司合作推出的一款ｓｉｇｍａ＿ｄｅｌｔａ导航级??加速度计
ＭＥＭＳ加速度计敏感信号读出电路及性能补偿系统研究??图１－２?ＨＡＲＰＳＳ横向电容加速度计??飞思卡尔生产的加速度计ＭＭＡ８４５Ｑ，实物如图１－３所示，是一款低功耗、高精??度的三轴加速度计，分辨力可达９９ｐｇ／Ｖ＾，工作电压可调，可在１．９５Ｖ低电压下工??作，量程实现了?±２ｇ／±４ｇ／±８ｇ可调，可以应用在静态方向检测、实时行为动态分析等??方面。２０１３年博世推出的一款高精度ＭＥＭＳ加速度传感器ＢＭＡ２５０，芯片实物如图??１－４所示，是一款超小、三轴、高精度、数字接口加速度传感器，芯片尺寸小到??２ｍｍｘ２ｍｍ，可通过编程实现±２ｇ到±１６ｇ范围内量程调节，精度小于４ｍｇ，可以感??知倾斜、运动、撞击，满足许多低功耗民用消费类电子制造商家需求。??图１?－３?ＭＭＡ８４５Ｑ加速度计?图１?－４?ＢＭＡ２５０加速度计??２０１５年法国Ｓａｇｅｍ公司和瑞士?Ｃｏｌｉｂｒｙｓ公司合作推出的一款ｓｉｇｍａ＿ｄｅｌｔａ导航级??加速度计，工作带宽１００Ｈｚ，分辨力可达１吗／｜，基本满足惯性导航精度的要求，??代表着目前世界上微加速度计领域最高的研究水平［２６］。??我国在ＭＥＭＳ研究领域相对于西方发达国家起步晚了近三十年
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用智能手机三轴加速计实现计步器应用软件及商用价值[J]. 尤嘉宁,俞静,谷文林. 电子设计工程. 2016(06)
[2]基于最小二乘法的pH值温度补偿系统设计[J]. 张开远,周孟然,闫鹏程,王瑞. 传感器与微系统. 2015(05)
[3]基于PSO的BP神经网络在压力传感器温度补偿中的应用[J]. 孙艳梅,苗凤娟,陶佰睿. 传感技术学报. 2014(03)
[4]基于闭环点位置控制的硅微梳齿式加速度计温漂抑制方法[J]. 徐哲,刘云峰,董景新. 中国惯性技术学报. 2014(01)
[5]BP神经网络在加速度计误差补偿中的应用[J]. 倪建丽,葛红娟,吴秀萍,盛守照. 测控技术. 2013(11)
[6]基于小波—BP神经网络的短期风电功率预测方法[J]. 师洪涛,杨静玲,丁茂生,王金梅. 电力系统自动化. 2011(16)
[7]基于小波网络的光纤陀螺启动漂移温度补偿[J]. 李家垒,许化龙,何婧. 光学学报. 2011(05)
[8]一种适用于MEMS陀螺仪的高性能电容读出电路[J]. 吴其松,杨海钢,张翀,尹韬. 仪器仪表学报. 2010(04)
[9]一种用于电容型体硅微陀螺的低噪声读出电路芯片[J]. 尹韬,杨海钢,张翀,吴其松,焦继伟,宓斌玮. 电子与信息学报. 2010(01)
[10]基于支持向量机的电容式传感器温度补偿研究[J]. 张妤,谢永华,穆丽新,朱齐丹. 传感器与微系统. 2009(06)
硕士论文
[1]MEMS加速度计温度补偿方法研究[D]. 刘滔.苏州大学 2017
[2]电容检测式硅微陀螺敏感信号读出电路性能研究[D]. 卢月娟.苏州大学 2016
[3]扭摆式硅微加速度计性能补偿方法研究[D]. 杨志梅.苏州大学 2015
[4]基于改进PSOBP的FAST节点位移控制研究[D]. 徐双.东北大学 2014
[5]基于粒子群小波神经网络的网络流量预测模型研究[D]. 惠万春.西安电子科技大学 2014
[6]复合量程微加速度计温度补偿的研究[D]. 李文燕.中北大学 2012
[7]高精度电容式微机械加速度计系统的研究与设计[D]. 许乐.浙江大学 2010
[8]新型MEMS电容式加速度传感器检测电路的设计与研究[D]. 马文英.吉林大学 2007
[9]基于加速度计的炮弹惯性测量硬件系统设计[D]. 殷栩.哈尔滨工业大学 2006
[10]MEMS电容式加速度传感器相关检测技术研究[D]. 吴浩.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2006
本文编号：3067706
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