電容式微機(jī)械加速度計(jì)處理電路研究.pdf

1、加速度傳感器也稱加速度計(jì)(Accelerometer)是用來(lái)測(cè)量加速度的慣性傳感器件，可以應(yīng)用于傾斜角、慣性力、沖擊及振動(dòng)等慣性參數(shù)的測(cè)量。微機(jī)械加速度計(jì)在慣性制導(dǎo)、醫(yī)療、消費(fèi)類電子產(chǎn)品中有很廣泛的應(yīng)用。 電容檢測(cè)式微機(jī)械加速度計(jì)因?yàn)槠涓哽`敏度和穩(wěn)定性在各種檢測(cè)形式的加速度計(jì)中備受關(guān)注。而電容檢測(cè)電路的性能又直接影響加速度系統(tǒng)輸出性能，因此提高電容檢測(cè)電路的性能是加速度計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常重要的部分。 本文針對(duì)電容檢測(cè)式加速

2、度計(jì)設(shè)計(jì)了模擬和數(shù)字兩種不同形式的檢測(cè)電路。分別對(duì)兩種加速度計(jì)系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了分析，同時(shí)分析了影響系統(tǒng)性能的因素。這些研究對(duì)利用數(shù)字式速度傳感器設(shè)計(jì)有理論指導(dǎo)的作用，并且為加速度計(jì)系統(tǒng)的實(shí)用化提供了有價(jià)值的參考本論文主要包括以下部分： 1)針對(duì)電容式微機(jī)械加速度計(jì)，設(shè)計(jì)了單載波調(diào)制型檢測(cè)電路。本文分析了每個(gè)模塊的電路結(jié)構(gòu)和工作原理，并結(jié)合理論分析確定電路的各個(gè)參數(shù)，同時(shí)分析了載波信號(hào)，相位控制精度，寄生效應(yīng)等因素對(duì)檢測(cè)電路的

3、影響。文中還分析了加速度計(jì)的溫度特性，同時(shí)提出了基于DSP的溫度補(bǔ)償方案。 2)針對(duì)電容式微機(jī)械加速度計(jì)，設(shè)計(jì)了數(shù)字式檢測(cè)電路。包括載波信號(hào)產(chǎn)生模塊，同步解調(diào)模塊，低通濾波模塊和相位控制模塊。分析了CORDIC算法的原理以及在FPGA中的實(shí)現(xiàn)，針對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的解調(diào)算法對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)優(yōu)化前后的系統(tǒng)性能進(jìn)行了比較，提出了自動(dòng)參考信號(hào)相位控制的方案并在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊利用Matlab進(jìn)行了仿真分析。

4、 3)參考加速度計(jì)相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，制定了數(shù)字和模擬加速度計(jì)性能測(cè)試方案，建立了測(cè)試平臺(tái)。根據(jù)該方案，分別對(duì)模擬和數(shù)字式加速度計(jì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了測(cè)試。所測(cè)試模擬加速度計(jì)的標(biāo)度因數(shù)為278mV/g，非線性度<1223ppm，三小時(shí)之內(nèi)的零偏穩(wěn)定性為5.5×10-4g(1σ)。數(shù)字式加速度計(jì)的標(biāo)度因數(shù)為2.37×107quants/g，非線性度<694ppm，3小時(shí)輸出穩(wěn)定性為1.5×10-4g(1σ)。同時(shí)還對(duì)模擬加速度計(jì)的溫度和頻率特性進(jìn)行了