一种双框架振动陀螺的接口电路仿真及实验

设计了一种双框架解耦微机械振动陀螺,并分析陀螺的原理和恒幅驱动的必要性。建立了自激振荡和自动增益控制的测控电路模型,利用平均周期法分析了系统的稳态平衡点和起振条件。仿真验证了平衡点的准确性及幅度过冲的影响因素。测试得到陀螺的谐振频率和品质因数并用Allan方差分析1 h频率误差为0.06 Hz,稳定度为±5 ppm(1 ppm=10^(-6))以内;幅值偏差最大为0.8 mV,8 min内漂移了0.4%。

谐振式微加速度计及其频率测量电路设计与实验

微机械谐振式加速度计具有抗干扰性强、功耗小、可批量生产等优势,但微机械谐振式加速度计的谐振基频和灵敏度都较小,接口测频电路频率分辨率要求高。论文介绍了静电刚度谐振式加速度计的工作原理,并流片封装和开环测试获得了加速度计的谐振频率和品质因数。针对频率检测需求,设计了基于FPGA的高精度频率测量电路(绝对频率误差小于0.1 mHz),实验测试表明加速度计在1000 s内最大频率漂移达到10 mHz,设计的加速度计单振梁灵敏度为109.5 Hz/g,难以实现100μg的分辨率,后续需关注微机械谐振式加速度计的频率漂移抑制问题。

谐振式微加速度计静电刚度应用分析及实验

静电负刚度能够调谐微机械振梁的谐振频率,但静电负刚度过大会带来谐振梁的稳定性和可靠性问题。文中介绍了静电负刚度效应在谐振加速度计中的应用,并在刚度和质量比约束条件下,推导出输出谐振频率与加载直流检测电压的非线性关系,分析传感器灵敏度、量程与直流检测电压的非线性耦合关系。流片微结构并封装开环测试表明,不同的直流检测电压对应谐振频率存在非线性静电负刚度效应,在加速度为-1g、0g、1g 3种条件下,谐振频率非线性减小,灵敏度和量程关于检测电压交叉耦合,大的检测电压和加速度会导致微机构不稳定和失效。

一种洛伦兹力微机械谐振磁传感器建模及数值仿真

针对微机械洛伦兹力谐振磁传感器灵敏度受驱动控制电路和谐振频率漂移影响问题,利用平均周期法分析了鉴相器为异或门的锁相环频率跟踪电路的动力学模型,并求解出频率跟踪的稳定条件和稳态振幅平衡点.设计的磁传感器数值建模及仿真实验表明:当锁相环积分器系数小于临界值时,环路频率跟踪稳定;当锁相环积分器系数大于临界值时,频率跟踪振荡;稳态振幅与理论分析一致,灵敏度与接口电路无关;频率跟踪动态过程与压控振荡器初始频率ω0、积分系数kI、滤波器时间常数ξ有关.

一种微机械谐振传感器的驱动控制

微机械谐振式传感器广泛使用静电自激驱动,自激驱动反馈环路有非线性环和线性环,线性环路电路结构复杂,调节参数多,易引入噪声,影响传感器的分辨率。以微机械谐振式加速度计为研究对象,建立加速度计的数值仿真模型并采用静电自激驱动;反馈环路采用非线性环,并利用函数描述法分析传感器系统的稳定性。数值仿真实验表明:在封装品质因数大时,非线性反馈环构成的自激驱动电路需系统等效电路中线性环节和非线性环节满足三个条件,同时非线性部分的高阶谐波响应影响相位平衡,会造成系统谐振频率和振动幅度的偏差。