真空微电子加速度传感器控制与检测电路设计与实验

发布时间：2017-09-15 18:34

  本文关键词：真空微电子加速度传感器控制与检测电路设计与实验

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【摘要】：高精度微型加速度传感器是近年来加速度传感器研究的热点,加速度传感器的控制与信号检测电路是高精度微型加速度计不可或缺的核心技术。论文在分析国内外加速度传感器信号处理电路研究现状的基础上,系统深入的重庆大学微系统中心研制的真空微电子加速度传感器的结构与工作原理,以及在灵敏度、噪声以及稳定性等方面存在的问题,建立了真空微电子加速度传感器的PID闭环控制模型;在系统分析真空微电子加速度传感器的噪声基础上,基于微弱信号检测理论,提出了基于调制和相干解调算法的信号检测新方法;基于真空微电子加速度传感器专用ASIC电路,完成了控制与检测电路设计与装调,研制出真空微电子加速度传感器的控制与检测电路。测试结果表明:研制的真空微电子加速度计阈值电压为0.7v,发射电流达到100uA,灵敏度为1.06206V/g,非线性度为0.9%,工作带宽约为120Hz,稳定性得到了显著改善。论文的主要研究工作是:(1)深入分析了真空微电子加速度传感器存在的灵敏度、噪声以及稳定性等关键技术问题,确定了真空微电子加速度传感器控制与检测系统的总体方案;(2)分析了真空微电子加速度传感器敏感结构的力学特性,建立了敏感结构的理论模型。根据真空微电子加速度传感器的结构及工作原理,建立了加速度传感器的PID闭环控制系统模型,提出了加速度传感器的控制电路方案;(3)系统分析了真空微电子加速度传感器的信号特点、噪声特性以及来源,基于微弱信号检测原理,提出了基于调制和相干解调算法的传感器信号检测和处理方法,并确定了检测电路方案;(4)基于真空微电子加速度传感器专用ASIC电路,完成了控制与检测电路设计及装调;(5)搭建了测试平台,完成了真空微电子加速度计的阈值电压、发射电流、灵敏度、非线性度、工作带宽、零偏稳定性以及温度响应测试与分析。
【关键词】：真空微电子加速度传感器 控制模型 微弱信号 检测电路
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 研究背景8
• 1.2 国内外研究现状8-14
• 1.2.1 真空微电子加速度传感器及信号处理电路9-11
• 1.2.2 隧道式加速度传感器信号处理电路11-13
• 1.2.3 小结13-14
• 1.3 研究目标与研究内容14-15
• 1.3.1 研究目标14
• 1.3.2 研究内容14-15
• 1.4 小结15-16
• 2 真空微电子加速度传感器控制与检测理论及方法16-32
• 2.1 场致发射理论16-17
• 2.2 真空微电子加速度传感器结构及工作原理17-18
• 2.3 真空微电子加速度传感器系统控制模型与方法18-24
• 2.3.1 控制系统模型18-19
• 2.3.2 敏感结构与控制电路模型19-24
• 2.4 真空微电子加速度传感器信号检测与处理方法24-30
• 2.4.1 真空微电子加速度传感器噪声分析25-27
• 2.4.2 微弱信号检测方法27-30
• 2.5 小结30-32
• 3 真空微电子加速度传感器控制与检测电路设计与实现32-52
• 3.1 控制与检测电路系统方案设计32-33
• 3.2 控制与检测模块电路优化设计及仿真33-49
• 3.2.1 ASIC电路33-35
• 3.2.2 信号检测电路35-46
• 3.2.3 反馈控制电路46-49
• 3.3 控制与检测电路总体电路设计49-51
• 3.4 小结51-52
• 4 真空微电子加速度计测试与实验52-66
• 4.1 测试参数52
• 4.2 测试方法与结果52-64
• 4.2.1 阈值电压与发射电流测试52-54
• 4.2.2 灵敏度与非线性度测试54-57
• 4.2.3 工作带宽测试57-59
• 4.2.4 零偏稳定性测试59-62
• 4.2.5 工作温度测试62-64
• 4.3 真空微电子加速度计测试结果与分析64
• 4.4 小结64-66
• 5 总结与展望66-68
• 5.1 总结66
• 5.2 展望66-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-74
• 附录74
• A.作者在攻读学位期间发表的论文目录：74

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5 孙景峰;杨庆新;张闯;杨文荣;刘福贵;;磁流体加速度传感器外围电路的研究与设计[A];电工理论与新技术学术年会论文集[C];2005年

6 杨文荣;杨庆新;孟红芳;陈海燕;刘素贞;;磁流体加速度传感器磁场的分析与设计[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年

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9 彭泳卿;陈青松;邹江波;;电容式加速度传感器的压膜阻尼分析与设计[A];2010中国仪器仪表学术、产业大会（论文集2）[C];2010年

10 钟秋海;张高明;李宪玉;;加速度作用下人体血容量数学模型辨识方法的研究[A];第三届全国人—机—环境系统工程学术会议论文集[C];1997年

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1 于寅虎;加速度传感器期待大市场[N];中国电子报;2004年

2 卢庆儒;应用广泛的3轴加速度传感器[N];电子资讯时报;2007年

3 徐岩 编译;可靠性好的应变型加速度传感器[N];电子报;2010年

4 本报记者 赵艳秋;加速度传感器手机应用升温 特色应用带动技术升级[N];中国电子报;2010年

5 成都 温成宜 编译;加速度传感器用的驱动电源[N];电子报;2013年

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