MEMS光纤振动传感器在大型电机设备异常监测场景的应用研究

本文主要写了微机电系统(MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)光纤振动传感器在大型电机设备异常监测场景中的应用。通过对MEMS光纤振动传感器的工作原理进行深入分析,揭示了其高灵敏度、抗电磁干扰能力的内在机制。同时,详细探讨了该传感器在大型电机设备异常监测中的优势。MEMS光纤振动传感器能够准确地检测到大型电机设备的异常振动,并及时发出警报,为故障诊断和维护提供了重要依据。

氢气放电无窗输出型光CVD非晶、微晶硅薄膜

采用氢气作为无窗输出型真空紫外辐射源的工作气体,产生的高能光子(如真空紫外光)可以直接分解SiH_4或SiH_4+BF_3混合气体,以制备氢化非晶硅(a-Si∶H)和掺硼氟化微晶硅(μc-Si∶F∶H(B))薄膜.测量表明,薄膜具有类似于通常辉光放电或汞敏化紫外光CVD制备的薄膜的结构和电学特性,掺氟化硼后晶化温度可低至200℃.文中对真空紫外光CVD的光解机理以及薄膜的特性进行了初步的探讨.

基于参数激励的MEMS陀螺电馈通抑制方法

由于硅微陀螺仪材料和加工工艺以及电路上的非理想因素,驱动信号会对敏感检测端产生串扰。为抑制此种串扰,降低驱动激励幅度,采用了基于参数激励法的陀螺驱动模态激励系统。在锁相环控制中新增一个压控振荡器模块,用于输出稳幅的二倍谐振频率激励信号,即参数激励信号。将此信号与驱动激励信号一同对驱动激励电极进行激励,达到了降低刚度系数来减小驱动对敏感电馈通干扰的目的。实验结果表明,参数激励法对陀螺仪进行激励,将陀螺仪敏感输出信号幅度从141.25 m V降至38.75 m V,Allan方差零偏不稳定性从6.864 (°)/h降至4.316 (°)/h。表明了参数激励法对陀螺仪性能具有一定的提升作用。

一种新型的高精度智能测温仪

本文介绍了一种以单片机为基础的智能测温仪,它采用了计算比例法和加引双线法。

光CVD—SiO_2薄膜的性能及其应用

采用光ＣＶＤ法制备了良好的ＳｉＯ２薄膜，为半导体器件及传感器表面修饰提供了一条新型可行的途径。

一种硅压阻式压力传感器温度补偿算法及软件实现

硅压阻式压力传感器的零点温度漂移和灵敏度温度漂移是影响传感器性能的主要因素之一,如何能使该类误差得到有效补偿对于提高其性能很有意义。通过对硅压阻式压力传感器建立高阶温度补偿模型进行温度误差补偿是一种有效的方法,并在该模型基础上给出了拟合系数计算方法,并用Matlab GUI软件来实现温度补偿系数计算,进而实现传感器输出的动态温补,达到了很好的输出线性性。实验结果表明,补偿后传感器输出的非线性误差小于0.5%F.S。

硅微角振动陀螺仪温度特性补偿方法研究

在研究硅微角振动陀螺结构和温度特性的基础上,创建了二元高阶多项式补偿模型,并设计了基于STM32F405的硬件补偿电路,实现该陀螺仪实时温度补偿。实验结果表明:温度补偿后的标度因数温度系数和全温零偏稳定性分别由344×10-6/℃和441°/h减小为12.6×10-6/℃和40.6°/h,使得该陀螺仪的温度特性有明显改善,验证了该补偿方法的有效性和可行性。

低噪声硅微陀螺敏感电容电荷读出电路设计

硅微陀螺敏感电容电荷读出电路性能的优劣直接决定着陀螺仪测量精度。通过对敏感电容读出电路的建模分析,采用差分调制技术实现了低噪声信号输出,从电路组成、参数设置、PCB布局布线等多方面综合考虑,优化设计了能抑制低频噪声以及高灵敏度电荷读出电路。实验结果表明:该电路输出噪声为槡-116.24 d BV/Hz^(1/2),敏感电容检测分辨率可达1.16×10-19F/Hz^(1/2)。

硅微电容式加速度计热致封装效应的层合分析

由封装结构热失配引入的应力和结构变形会对MEMS器件性能产生显著影响,即热致封装效应。为描述该效应,一种基于缩减刚度矩阵的层合板模型被用来对硅微电容式加速度计的封装进行了建模。利用经典层合理论,由计算封装热失配引入的应变和曲率得到敏感检测电容的温度特性,以此作为热致封装效应的评估。并结合有限元模拟(FEM)对该理论模型进行了对比和验证。结果表明,层合模型能较好地描述硅微加速度计的热致封装效应,并在此基础上分析了优化措施。

微机械轮式角振动陀螺气体阻尼特性研究

轮式角振动陀螺气体阻尼效应是影响其动态特性的主要因素。在充分研究轮式角振动陀螺结构特征的基础上,创建了角振动陀螺驱动模态滑膜阻尼数学解析模型,并给出了改进解析模型。利用有限差分算法求解极坐标系下雷诺方程,建立了敏感模态压膜阻尼简化分析模型。在5 Pa到10~5Pa压强范围内,进行了简化分析模型计算,同时对计算结果进行了与ANSYS仿真结果的比对。理论模型计算与仿真结果表明,敏感模态压膜阻尼是轮式角振动陀螺气体阻尼的主要产生机制。进而,从结构设计和控制电路的角度,给出了减小气体阻尼效应的有效方法。

MEA优化的BPNN MEMS加速度计温度补偿系统

在充分研究单轴硅微扭摆式电容加速度计结构原理和温度特性的基础上,利用思维进化算法(MEA)优化反向传播神经网络(BPNN)参数构建微机电系统(MEMS)加速度计的温度补偿模型,通过温度实验,计算出温度模型参数,进而实现实时温度补偿。实验结果表明:使用MEA优化的BPNN算法补偿后加速度计的非线性由1 576×10-6减小为266×10-6,标度因数温度系数由438×10-6/℃减小为78×10-6/℃,全温零偏极差由58.8 mgn减小为2.7 mgn,加速度计的温度特性大幅提高,证明所提温度补偿算法的有效性。

一种电容式微加速度计偏置电压和标度因数自动标定方法

电容式微加速度计的电学参数校准和标定产品制造过程中,通过对标度因数的定标过程能确保传感器输出的线性度。采用MS3110微小电容读取电路,根据其输出函数的要求,只要确定Cs1,Cs2,Cf3个电容值,通过(1,0,-1 gn)三点即能确定标度因数(SF)和偏置电压,这样就实现了电容式微加速度计的标度因数自动标定。实验结果表明:通过多次自动定标,传感器标度因数的相对误差为0.79%。

类蛛网状盘式谐振微陀螺的抗冲击性能与结构误差仿真分析

具有导航级潜能的盘式谐振微陀螺是国际研究最热门的一类微机械陀螺,在此基础上设计了一款频率裂解小的类蛛网状盘式谐振微陀螺。通过有限元仿真软件进行了模态分析和冲击分析,仿真结果表明,类蛛网状盘式谐振微陀螺工作模态与寄生模态最小频差为3.9kHz,可承受的冲击载荷加速度高达25000 g。此外,开展了晶向误差和工艺误差等结构误差对频率裂解影响的仿真研究,结果表明,其比圆环状盘式谐振陀螺在频率裂解上具有更低的结构误差敏感度。综上说明该结构能有效抑制寄生模态干扰、抗冲击性能强且结构误差鲁棒性好,具有较好的发展前景。

基于虚拟科氏力相位特性的硅MEMS陀螺自动模态匹配及闭环检测

介绍了一种基于虚拟科氏力相位特性的自动模态匹配方法,该方法能提高开环检测时陀螺的标度因子、降低其零偏不稳定性。同时,为了增大模态匹配时的可检测输入角速度范围,采用力平衡反馈闭环,将科氏输出位移控制在一个幅度较小且稳定的振动状态。通过Simulink模型进行仿真,并在基于FPGA的数字控制电路中对本课题组的十六边型盘式谐振陀螺(cobweb-like DRG)进行实验。实验结果表明,使用该方法实现模态匹配后,开环检测时,陀螺的标度因子和零偏不稳定性分别从未匹配状态下的13 mV/[(°)·s]^-1、13.5°/h提高到了158 mV/[(°)·s]^-1、1.1°/h;自动模态匹配与闭环同时工作时,标度因子为76 mV/[(°)·s]^-1,零偏不稳定性为2.3°/h,可检测输入角速度范围为±31°/s。

基于全角模式下硅微轴对称陀螺调频控制技术

调频全角是轴对称MEMS陀螺上检测角度的控制方法,主要是在一个谐振子上叠加陀螺质量块的顺时针(CW)振动模式和逆时针(CCW)振动模式,进而得到这2种模式的频率信息来实现角度检测。在高Q值陀螺中存在系统稳定较慢和顺逆时针模式相互耦合问题,为此文中提出一种全角控制技术优化方法。该方法在现有调频全角顺逆时针控制系统上添加自动增益控制(automatic gain control,AGC)模块,用于顺逆时针模式的幅度控制,从而解决了上述2种问题,降低了角度检测阈值。实验结果表明,该控制方法下的系统稳定时间从4 s降低到0.4 s,角速率输入阈值从11(°)/s降为0.5(°)/s以下。

力平衡模式下MEMS陀螺正交误差实时校正系统设计

针对微机电系统(MEMS)陀螺受加工误差影响,驱动与检测模态之间存在与科氏力相位差为90°的正交耦合力,限制了陀螺零偏的稳定性的问题,设计了力平衡模式下的正交误差实时校正系统。系统科氏环路采用力平衡法实现闭环检测;正交环路通过调整校正电压,消除结构刚度耦合,实现实时校正。实验结果表明:实时校正系统有效抑制了正交误差,改善了陀螺零偏性能。在5~65℃温度范围内,零偏温漂由手动一次性校正的0.75°/s变为实时校正的0.1°/s,减小了7.5倍;室温下,零偏不稳定性由4.05°/h降低为0.96°/h。

薄膜应力快速测量系统的研制

采用激光干涉原理，ＣＣＤ摄像。

硅微轴对称陀螺速率积分模式下角速率输出方法研究

硅微轴对称陀螺速率积分模式通过对振型的进动角检测来实现角度信号的输出。要实现角速率输出,通常采用微分来实现,而器件刚度和阻尼不对称会带来输出量的波动和噪声等误差,直接影响输出精度,同时导致输出阈值存在。在分析刚度和阻尼不对称误差模型的基础上,采用输出量的傅里叶级数迭代对误差项进行补偿,实现速率积分模式下误差自补偿技术,降低了阈值,并提升了输出线性度。实验结果表明,在量程±5000°/s范围内,标度因数非线性由1240×10^(-6)降低至340×10^(-6),阈值由5°/s降低至0.5°/s。

MEMS陀螺仪ΣΔ闭环系统优化设计

为解决传统ΣΔ闭环控制系统存在的量化增益不可控问题,设计了基于3-level量化技术的改进系统;针对此系统应用于微电子机械系统(MEMS)陀螺仪时引入的非线性反馈误差,提出了一种调整反馈脉冲宽度的矫正技术;并基于课题组研制的新型类蛛网环式谐振陀螺仪验证了改进系统的实用性。首先采用Simulink建立了四阶机电耦合ΣΔ系统等效模型,理论分析与仿真结果表明,3-level量化技术在降低量化噪声的同时解决了量化增益不可控问题,进而有效提高了陀螺仪量程和噪声水平性能。然后基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)设计制作了相应的数字测控电路,实验结果显示,陀螺仪的角度随机游走由0.094°/√h降低为0.062°/√h,量程由100°/s提高到130°/s,系统性能得到了有效提升。