高精度MOEMS加速度计信号处理系统设计

发布时间：2017-06-02 14:10

  本文关键词：高精度MOEMS加速度计信号处理系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文设计搭建了一套针对高精度MOEMS加速度计的信号处理系统。MOEMS加速度计将微光学技术与微机械加工技术相结合,不仅具有体积小、响应快、可在恶劣环境中工作等优点,还具有很高的测量精度和灵敏度,成为国防军事惯性导航与制导系统中最具应用前景的加速度传感器。具有很高精度的MOEMS加速度计需要低噪声信号处理系统的配合,因此,完成低噪声、高精度信号处理系统的研制是实现高加速度测量精度的重要环节。而且为实现MOEMS加速计的集成化和小型化,选用合适的系统光源并设计相应的驱动电路是非常必要的,因此,本文采用VCSEL作为系统光源,并将其与信号调理电路集成在一起来大大提高MOEMS加速计系统的集成度。本论文的主要研究内容包括以下几个方面：1.简要介绍了微加速度计的测量原理、应用范围、研究现状和发展趋势,分析比较了各种微加速度计的优缺点,提出了本文的研究内容以及目标。2.简要介绍了本文中基于微结构光栅的MOEMS加速度计的位移传感机制和加速度传感机制,并说明该加速度计系统的工作原理。3.总结了几种常见的信号处理方案并详细介绍了本文中相位调制-解调技术的实现过程。4.搭建了MOEMS加速度计信号处理系统,包括电源设计、探测器选择、跟随器以及差分放大电路设计和带通滤波器设计。选用VCSEL作为系统光源并设计制作了相应的恒流驱动电源和恒温控制电路。5.搭建了单光路位移测量装置以验证信号处理系统性能,通过实验数据得到电路板的暗电流噪声达到1.1mv,位移测量灵敏度达到了40.21859 V/μm。搭建了双光路位移测量装置并设计了相应的双路信号采集系统来补偿位移装置中He-Ne激光器功率波动对系统测量精度的影响。6.将本文设计的信号调理电路与DSP数据采集系统应用于仍有诸多改进空间的加速度测量系统中,得到了其加速度分辨率为42.1μg,性能与当前国内工程化应用中最高分辨率水平的加速度计相当。最后对本文所涉及的研究工作进行了总结,并对未来的工作进行了展望。
【关键词】：MOEMS 加速度计 位移测量 VCSEL 恒温控制 相位调制-解调
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH824.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 微加速度计简介10-12
• 1.1.1 微加速度计的测量原理10-11
• 1.1.2 微加速度计的应用范围11-12
• 1.2 微加速度计的研究现状12-14
• 1.2.1 MEMS加速度计的研究现状12-13
• 1.2.2 MOEMS加速度计的研究现状13-14
• 1.3 微加速度计的发展方向14-15
• 1.4 研究内容及目标15-16
• 1.4.1 研究背景和目标15
• 1.4.2 研究内容15-16
• 2 MOEMS加速度计系统介绍16-21
• 2.1 MOEMS加速度计的位移传感结构16-18
• 2.2 MOEMS加速度计的加速度传感结构18-19
• 2.3 MOEMS加速度计传感芯片19
• 2.4 MOEMS加速度计系统的工作原理19-21
• 3 MOEMS加速度计的信号处理系统21-53
• 3.1 MOEMS加速度计的信号处理方案21-22
• 3.1.1 时域检测法21
• 3.1.2 频域检测法21
• 3.1.3 时频分析法21-22
• 3.1.4 基于非线性理论的检测法22
• 3.2 相位调制-解调技术22-26
• 3.2.1 相位调制的实现22-24
• 3.2.2 解调过程的实现24-26
• 3.3 信号调理电路设计26-53
• 3.3.1 信号调理电路各个模块设计26-47
• 3.3.2 单光路信号处理系统设计47-49
• 3.3.3 双光路信号处理系统设计49-53
• 4 MOEMS加速度计实验结果和数据分析53-68
• 4.1 电源性能测试53-54
• 4.2 光源VCSEL的性能测试54-55
• 4.3 单光路位移实验数据与分析55-62
• 4.3.1 使用探测器OP1133的实验结果与分析55-58
• 4.3.2 使用探测器S8745-01的实验结果与分析58-60
• 4.3.3 单光路位移测量装置系统噪声60-62
• 4.4 双光路位移实验数据与分析62-64
• 4.5 加速度实验数据与分析64-68
• 4.5.1 加速度翻滚实验结果与数据分析64-66
• 4.5.2 加速度系统调制解调实验结果与数据分析66-68
• 5 总结与展望68-70
• 5.1 总结68
• 5.2 展望68-70
• 参考文献70-73
• 作者简介73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 范松南;蔡萍;;取样积分在射频导纳物位测量中的应用[J];传感技术学报;2006年06期

2 李楠;赵妍;李天云;王爱凤;;基于随机共振理论的异步电动机转子断条检测新方法[J];电工技术学报;2006年05期

3 杨兴国;郭勇;马厚雪;;基于DSP的取样数字式平均器的设计与实现[J];微计算机信息;2007年05期

4 行鸿彦;徐伟;;混沌背景中微弱信号检测的神经网络方法[J];物理学报;2007年07期

5 陈韶华,相敬林;一种改进的时域平均法检测微弱信号研究[J];探测与控制学报;2003年04期

6 白韶红;加速度计的发展[J];自动化仪表;1999年09期

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本文编号：415532