硅微諧振式加速度計(jì)測控電路性能提升技術(shù)研究.pdf

1、硅微諧振式加速度計(jì)是一種高精度MEMS傳感器，它可以將輸入加速度信號直接轉(zhuǎn)化成頻率信號。本文依托實(shí)驗(yàn)室自主研制的硅微諧振式加速度計(jì)原理樣機(jī)，分析其工作原理并對電路作出改進(jìn)，將提高原理樣機(jī)的整體性能作為本課題的任務(wù)和目標(biāo)。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　(1)對硅微諧振式加速度計(jì)的基本理論進(jìn)行分析，建立其動力學(xué)模型，并對加速度計(jì)結(jié)構(gòu)的靜電驅(qū)動工作方式進(jìn)行了分析。探討了閉環(huán)控制電路中的鎖相環(huán)相位控制原理和環(huán)路起振原理，推導(dǎo)了自動增

2、益控制回路的傳遞函數(shù)。
　　(2)根據(jù)原理樣機(jī)的靜電驅(qū)動方式，對信號單邊檢測和雙邊檢測進(jìn)行分析和對比，針對檢測信號微弱和存在耦合電容影響等問題，確定了雙邊信號檢測的可行性。同時設(shè)計(jì)了合理的接口電路來提取振動位移信號，對接口檢測電路做分析和優(yōu)化，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了合理性。
　　(3)根據(jù)穩(wěn)壓電源的原理比較了開關(guān)穩(wěn)壓原理和線性穩(wěn)壓原理，確定了二次電源的基本方案;根據(jù)測控電路的要求對電源芯片進(jìn)行選型并設(shè)計(jì)電源電路，分析了電源對測控電

3、路的干擾;針對直流穩(wěn)壓電源中存在的紋波和電流浪涌，用Multisim設(shè)計(jì)前置濾波電路和后置濾波電路并進(jìn)行了MATLAB仿真，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　(4)對目前加速度計(jì)原理樣機(jī)中存在的機(jī)械熱噪聲和電噪聲進(jìn)行分析，建立元器件的基本噪聲模型，在此基礎(chǔ)上建立了接口電路的噪聲模型并對其進(jìn)行了分析;對鎖相環(huán)回路中各模塊存在的相位噪聲進(jìn)行分析并建立了鎖相環(huán)噪聲傳輸模型。
　　(5)將本文對測控電路的改進(jìn)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室研制的原理樣機(jī)中，按照

4、國內(nèi)《振梁式加速度計(jì)測試細(xì)則》的測試條件，對改進(jìn)后的硅微諧振式加速度計(jì)原理樣機(jī)進(jìn)行整表性能測試，測試結(jié)果如下:偏值重復(fù)性從20.95μg提高到了16.08μg;偏值穩(wěn)定性從34.26μg提高到了17.92μg;1g穩(wěn)定性從41.46μg提高到了16.83μg;標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性從35.33ppm提高到了15.29ppm;標(biāo)度因數(shù)重復(fù)性從52.76ppm提高到了39.43ppm;在±20g的量程范圍內(nèi)其正向和反向標(biāo)度因數(shù)非線性分別為681.9