雙軸振動(dòng)傳感器的研制.pdf

1、本論文研究了采用微機(jī)械加工技術(shù)(MEMS)制作的雙軸電容式振動(dòng)傳感器，其基本工作原理是利用慣性質(zhì)量塊在外界加速度的作用下與檢測(cè)電極間的空隙發(fā)生改變，從而引起等效電容的變化來(lái)測(cè)定振動(dòng)加速度的。該振動(dòng)傳感器具有制作工藝簡(jiǎn)單、溫度系數(shù)小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。論文工作主要分為兩個(gè)部分：
　　一、在詳細(xì)分析差分電容式加速度傳感器工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)加速度敏感芯片進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和具體分析。為使二維振動(dòng)傳感器在兩主軸方向的靈敏度大致相同，敏感元件采

2、用高度對(duì)稱(chēng)的四梁結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)軸向上均采用帶折疊梁的雙側(cè)叉指電容結(jié)構(gòu)，采用體硅微機(jī)械工藝制作的高深寬比叉指電容式敏感元件，具有高靈敏度、寬量程、非線性誤差小、外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；對(duì)設(shè)計(jì)的敏感元件結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，并利用有限元法進(jìn)行了仿真分析，根據(jù)仿真結(jié)果得出了優(yōu)化參數(shù)；在確定敏感結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究了敏感元件采用體硅微機(jī)械加工工藝制作的工藝流程和關(guān)鍵工藝技術(shù)；對(duì)敏感芯片內(nèi)部的C-V接口電路進(jìn)行了原理設(shè)計(jì)與分析，利用差動(dòng)測(cè)量技術(shù)得到由振動(dòng)

3、引起的微小電容變化量，經(jīng)C-V接口電路進(jìn)行相位調(diào)制處理，然后通過(guò)解調(diào)輸出與加速度成正比的電壓信號(hào)。
　　二、對(duì)后端信號(hào)處理電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)及仿真，在外殼設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上制作出了雙軸振動(dòng)傳感器樣品，并對(duì)其基本性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試與分析。后端信號(hào)處理電路通過(guò)放大電路及濾波電路，將敏感芯片輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合產(chǎn)品性能指標(biāo)的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)電路仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電路的可行性；利用精密機(jī)械加工技術(shù)制作的外殼使得傳感器整體化、小型化；對(duì)產(chǎn)品實(shí)際性能測(cè)