谐振式加速度计动态特性研究

发布时间：2024-12-27 03:03

　　 微机电系统（MEMS）谐振式加速度计因具有动态范围大、灵敏度高、稳定性高等优点成为研究热点。针对以振荡电路为接口电路的谐振式加速度计进行系统建模和仿真分析的基础上,设计并测试了一种硅MEMS谐振式加速度计样机。仿真和实验结果表明:当闭环振荡接口电路和测频电路带宽远大于传感器自身带宽时,比例因子的频率响应特性由传感器敏感质量块二阶系统频率特性决定。硅MEMS谐振式加速度计样机的静态性能测试结果为量程±12.5 g_n,比例因子662. 1 Hz/g_n,带宽400 Hz,零偏不稳定性34. 09μg_n,噪声22. 18μg_n/Hz^1/2。

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【部分图文】：

图1 谐振式加速度传感器结构示意

谐振式加速度计主要结构(见图1所示)包括谐振音叉结构、微杠杆放大结构、驱动检测结构、敏感质量块以及支撑结构等。谐振子的一端与质量块连，当外界输入加速度作用于振动平面内时，质量块在外界加速度的影响下会产生惯性力，通过微杠杆的放大作用到谐振音叉结构上，导致谐振频率发生改变，利用驱动检....

图2 谐振式加速度计闭环结构框图

图2为闭环振荡电路与频率测量电路结构示意图，当整个闭环系统满足巴克豪森准则时，会发生自激振荡现象，当谐振频率随着外界加速度变化而发生漂移时，闭环振荡电路会自动锁定跟随新的谐振频率，通过频率测量模块测量出频率漂移量，可以反推出输入加速度的大小，达到测量的目的。在MATLAB中SIM....

图3 比例因子S频率响应曲线

保持输入加速度峰值不变，不断增大其频率，通过谐振频率的最大漂移量来推算出加速度到频率的比例因子S，图3为加速度到频率的比例因子S的频率响应曲线，其中实线和虚线分别为理论分析和系统仿真比例因子的频率响应曲线，两条曲线基本一致，当输入加速度频率接近传感器敏感质量块支撑结构系统一阶谐振....

图4 闭合振荡回路频率时域变化(仿真结果)

设置了一组大小变化的加速度信号，保持正弦形式的输入加速度频率不变(远小于传感器敏感质量块支撑结构系统一阶谐振频率)，不断增大其峰值，图4为闭环振荡系统谐振频率时域变化的仿真结果，谐振频率在时域上的变化一直是连续的，并且谐振频率的最大漂移量也与输入加速度的峰值大小一一对应。因此，当....

本文编号：4021038