基于AD7124的高精度MEMS加速度计信号处理系统

为降低加速度计存在的零点漂移对测量精度的影响,满足低量程微机械(MEMS)加速度计的测量精度和漂移需求,设计了一种基于AD7124的高精度MEMS加速度计信号处理系统。以STM32F303CBT6为核心控制器,驱动高精度模/数(A/D)转换芯片AD7124进行数据采集。设计脉冲宽度调制输出方波作为加速度计的激励信号,运用加权移动平均滤波对信号进行去噪和平滑,提出一种零点漂移抑制与跟踪的算法,解决了零点漂移过大的问题。测试结果表明,加速度计在±1 g量程下的灵敏度为146 mV/g,经过数字滤波后的加速度计输出稳定度提高了5.97倍,最终零偏稳定性由45.850 mg/h改善为0.055 mg/h。

农业机械导航系统中MEMS加速度计的标定及应用

MEMS三轴加速度计价格低廉但误差很大,因此在农业机械导航系统应用中需要对其进行测试和标定,以减少系统误差。为此,从工程应用实际出发,根据MEMS三轴加速度计的数学模型设计了加速度计的标定实验。通过静态情况下实验数据分析验证可知,经过标定后的加速度计输出值误差减小了1个数量级。同时还对MEMS加速度计多个位置测试的输出数据进行验证分析,实验证明:由MEMS加速度计输出值解算出的翻滚角和俯仰角的最大误差从校正前的约4.1°减小到校正后的约0.5°,可为后续精确的姿态角解算和导航应用奠定基础。

一种用于振动测量的MEMS电磁式加速度计

基于电磁感应原理,设计并制备了一种用于振动测量的微机电系统(MEMS)电磁式加速度计,其具有无源、集成度高、对加工工艺精度要求低及不受温度、湿度影响等优势。首先通过有限元分析软件对加速度计敏感结构及永磁体磁场进行仿真分析,然后利用MEMS微加工工艺制备敏感结构及电磁线圈等主要部件,将加速度计芯片与嵌有永磁体的陶瓷基板进行键合封装。通过敏感结构受到振动并带动线圈相对永磁体发生位移产生电压信号。最后通过振动测试系统对电磁式加速度计的灵敏度、量程、线性度及抗过载能力等动态参量进行评估。实验结果表明,在0~3g量程范围内,加速度计可实现对63~69 Hz频率振动的测量,灵敏度最高为263 mV/g,非线性误差为3.3%,可用于恶劣环境下低g值的振动测量。

MEMS及微机械加速度计可靠性研究

由于MEMS器件的应用日益频繁,其可靠性研究就显得十分重要。介绍了引起可靠性问题的原因。以微机械加速度计为例,指出了该加速度计的可靠性问题,以及对其可靠性测试研究的内容。

基于MEMS加速度计的无陀螺惯导系统

由于MEMS陀螺精度低、漂移大,使得MEMS陀螺和加速度计构成的微惯性导航系统(Micro-INS)的精度很低,导航定位误差发散很快,不能满足载体进行导航定位定姿的要求。而相对MEMS陀螺,MEMS加速度计精度较高,据此提出用MEMS加速度计来构成的无陀螺微惯性导航系统(Gyro Free Micro Inertial Navigation System,GFMINS),即通过将高精度的MEMS加速度计安放在载体非质心处,代替陀螺来测量载体角运动信息,实现在短时间内的载体角速度测量精度优于MEMS陀螺的精度,以满足某些短时间运行载体的导航定位定姿要求。最后,针对某型火箭弹的运动模型,对两种惯导系统进行了仿真,结果表明,由误差补偿后MEMS加速度计构成的无陀螺微惯导系统,在100 s内的导航误差等效于传统惯导系统中陀螺漂移0.1(°)/h的误差。

用于三轴MEMS加速度计的集成数字调理电路

基于0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,设计了一种用于三轴微电子机械系统(MEMS)加速度计的集成数字调理电路,实现了三轴加速度信号的数字后处理。该数字调理电路采用级联积分梳状(CIC)与有限冲击响应(FIR)相结合的滤波器形式,有效滤除了带外的量化噪声,提高了输出信号的信噪比;零位采用四阶多项式拟合温补算法,标度因数采用二阶多项式拟合温补算法,有效降低了加速度输出随温度的漂移,提升了加速度计的测量精度。此外,FIR滤波器采用时分复用的实现形式,温补模块采用串行实现形式,有效减小了芯片面积,最终芯片面积为1.5 mm^(2)。测试结果表明,滤波器符合设计值,三轴MEMS加速度计的零偏不稳定性为15μg,速率随机游走为0.035 m/s/√h,温补后零偏全温区变化量为3.55mg,提升了5.4倍;温补后标度因数全温区变化量为0.0026,提升了4.1倍,电路性能良好。

微机械加速度计自动测试系统

为了精确、高效地测量微机械加速度计的各项性能指标,并尽可能地降低地线干扰,系统采用DAQ-2213数据采集卡采集加速度计输出电压,使用多个独立电源及差模接法来降低地线干扰;温度敏感元件采用Pt100,电阻到电压变换电路采用三线制接法,选择PCI-(A)9114数据采集卡采集变换电路输出的电压值;采用Labview7.0接口函数实时显示加速度计输出电压和温度值,并输出有图表的Word文档。系统经过标定,输出电压精度为40μV,温度精度为0.277℃。实验表明,系统能实时测量微机械加速度计的输出电压和温度值,而采用独立电源和差模输入可有效减少各路信号之间的干扰。

MEMS隧道加速度计的系统分析与设计

主要论述了一种新型体硅工艺MEMS隧道加速度计的系统分析与设计 ,对加速度计敏感头与伺服反馈电路组成的系统进行系统建模 ,其中包含了结构的模型和反馈控制电路的模型。以系统模型作为基础 ,分析了器件工作所必须的条件 ,对器件的结构参数和反馈控制电路的参数进行了设计 ,并给出了系统的静态与动态输出。另外 ,本文提出了参数敏感度因子的概念及其计算方法 ,利用这种方法可以对每一个参数计算其对应的敏感因子 。

一种用于MEMS加速度计温度性能提升的双质量全差分结构

微电子机械系统(MEMS)加速度计作为应力敏感器件,很容易受到外界应力的影响,尤其是对温度应力非常敏感,MEMS加速度计的温度性能成为了制约加速度计性能提升的关键因素。为了提高MEMS加速度计的温度性能,减小温度漂移,提出了一种新型的双质量、全差分MEMS敏感结构方案。通过双质量的差分效果,可以将外界温度变化引起的变形差分掉,从而降低加速度计的温度系数,提高温度性能。利用有限元仿真的手段,优化双质量结构的布局,验证加速度计的温度漂移结果。实验结果表明,加速度计温度性能得到了有效提升。

基于MEMS微加速度计的无视觉传感器防摇控制系统研究

通过建立起重机吊重摆动的数学模型,明确吊重摆角与小车运行加减速之间的关系, 并将MEMS微加速度计应用到起重机的防摇控制中,建立闭环控制系统,适时根据吊重摆角大小 修正小车速度指令,实现防摇控制。实验证明,这种方法简单、经济,不需要安装视觉传感器测量吊 重摆角,可以有效地消除载荷的摇动。

基于MEMS加速度计的飞行器姿态指示系统研究

研究了一种基于MEMS加速度计的飞行器姿态指示系统的实现方法。给出了系统的原理与整体框架,重点阐述了系统的硬件电路和软件的设计。与传统姿态指示系统相比较,该系统体积小,功耗低。试验表明:该系统具有较高的可靠性,可用于需要进行姿态控制的各类飞行器的姿态指示。

微机械加速度计系统分析与测试

微机械加速度计是近年来才发展起来的一类微机电系统（ＭＥＭＳ） 。文中介绍了扭摆式硅微型加速度计的机械结构、工作原理。根据其信号特点，对其测试的关键部分进行了探讨，并给出了测试结果。在此基础上，对整个加速度计系统的误差来源进行了研讨。

梳齿式微机械加速度计闭环系统的线性度

为研究离心试验中微机械加速度计的线性度和输入加速度的关系,分析闭环系统的位置误差,然后根据微机械加速度计闭环系统的输出公式,对离心试验的加速度输入和电压输出之间的关系进行最小二乘分析,提出单程线性度和全程线性度的公式,证明线性度为输入的二次曲线函数,且与开环系统低频环路增益有关。线性度公式表明增大低频环路增益,增大悬臂梁机械刚度以提高线性度的方法。利用电测法估算机械参数,并利用离心试验的数据进行验证。结果表明,可以利用±1g静态翻滚试验的数学模型和电气参数来估计高g输入下的线性度,理论值与实测值符合得较好,因此可以用简单廉价的±1g线性度测试来粗略替代复杂且昂贵的离心试验进行满量程线性度的估算。

电容式微机械加速度计系统动态特性研究

建立了电容式微机械加速度计闭环系统的二阶近似模型,分析了伺服电路增益和带宽对闭环系统动态特性的影响,提出了调节伺服电路参数来补偿系统动态性能的方法,给出了不同输入条件下系统初始启动稳定时间和输出误差的计算方法。

基于MEMS加速度计的输入系统的研究

该文章介绍了一种新的电脑无线输入系统,使用MEMS微加速度计作为系统的敏感元器件。该输入系统包括发射端和接收端两个子系统。文章分别从工作原理、软硬件设计等方面介绍了该输入系统,包括所使用的微加速度计、微处理器和传输模块,并给出了输入系统的第一代实际PCB原型。并且在二维的基础上扩展了微加速度计在三维的应用,设计了一个新的三维模型,并进行了试验的验证。

基于Microblaze的MEMS加速度计信号处理系统

针对目前MEMS加速度计信号处理系统在应用中满足小型化的需求,设计出了基于Microblaze的MEMS加速度计信号处理系统。采用FPGA作为硬件基础,嵌入软核CPU,扩展ADC、温度传感器、EEPROM、UART等外设接口。设计出了数字滤波器的原型,并通过递推算法在片内实现其功能。根据实测的加速度计温度曲线,通过多项式数据拟合的方法得出了零g下加速度计零偏关于温度的函数。实验结果表明,所设计的信号处理系统能准确采集加速度信息并传送给上位机,同时在启动温度补偿算法以后,加速度计的温漂得到了一定的改善,满足了加速度计系统实现高度集成化的需求。

应用于MEMS加速度计的小型恒温系统的实现

介绍一种小型恒温系统的实现方法,使MEMS加速度计的工作区域温度保持恒定,从而改善MEMS加速度计的相关技术指标。小型恒温系统采用独特工艺,实现简单;恒温点可以根据环境温度的变化而改变,以降低功耗。实验结果表明,应用该系统的MEMS加速度计,由温度所引起的零点漂移值明显减小。

基于RBF的MEMS加速度计温控系统设计

针对微机电系统(MEMS)加速度计受到温度变化影响较大、产生不同程度的漂移和测量误差,难以满足工业机器人领域高精度导航的问题,提出一种提高MEMS精度的温度补偿方法。利用热电制冷器设计适用于嵌入式的温度控制系统,使MEMS传感器的工作温度相对稳定。利用MPU6050的MEMS加速度计,设计一种基于STM32主控的嵌入式温度控制系统,并通过上位机采集数据,对比分析改进径向基函数(RBF)、RBF和常规PID等算法的温控效果。结果表明:在当前的PID控制参数的条件下,改进的RBF整定效果相对于RBF-PID和经典PID,在超调量、稳态误差、调节时间等指标上,表现出更优的系统响应和控制精度,超调量降低41.3%,调整时间减低52.3%,系统对温度的控制精度约为0.04℃。

扭摆式微机械加速度计的系统研究

扭摆式微机械加速度计是近年来才开始发展的一种新型加速度计。介绍了这种新型加速度计的机械结构、工作原理，根据其测试特点，对其关键部分进行了探讨。在此基础上，对整个加速度计系统的误差来源进行了分析。

应用于MEMS加速度计的小型恒温系统的实现

MEMS（Micro-Electro—MechanicalSystems）加速度计是采用微机电技术制作的产品，具有体积小、功耗低、外围电路简单等特点，广泛应用于振动检测领域；一些新型倾角仪的设计中也采用MEMS加速度计来记录静态加速度，然后进行后续计算。