石英振梁加速度计谐振器的结构设计

石英谐振器的设计是实现高精度石英振梁加速度计的关键。首先对石英晶体的最优切型切角结构进行研究,确定石英晶体的最优切型切角为(xyt)5°。其次,理论分析并通过仿真验证了石英谐振器的结构参数对石英振梁加速度计标度因数的影响,并对石英谐振器的结构参数进行了优化。最后,对石英谐振器进行了模态仿真,并分析了石英谐振器的尺寸制作偏差对标度因数的影响。用有限元分析方法得到了石英谐振器的理想振型,且石英振梁加速度计的标度因数为40 Hz/g。理论及仿真结果表明该石英谐振器可应用于高标度因数石英振梁加速度计中。

石英振梁加速度计微细加工工艺研究

介绍了石英振梁加速度计微细加工工艺。对其中的重点、难点进行研究分析。对石英晶片上Cr-Au掩蔽薄膜的沉积工艺,从理论上分析了影响薄膜抗蚀性因素,提出了解决办法。在湿法腐蚀过程中,强调了精确控制腐蚀深度和截面形貌的重要性。并对其带来的影响进行了分析。

基于时间序列的振梁加速度计随机误差模型研究

振梁加速度计是一种新型惯导器件。为了更好地将振梁加速度计应用于新一代惯导系统中,有必要研究其随机误差模型。采用时间序列方法对振梁加速度计的随机误差进行建模,并将结果进行比较。利用BIC准则及残差平方和最小原则得到振梁加速度计的最佳误差模型。研究表明,AR(4)模型是振梁加速度计的最佳误差模型。

振梁加速度计输出信号的处理方法

本文简要地介绍了石英振梁加速度计的主要元件性能,介绍了振梁加速度计的工作原理以及输出信号的几种处理方法.

一种应用于惯性导航的振梁加速度计石英谐振器驱动电路

石英谐振器驱动电路用于驱动力敏感石英梁,可以使石英谐振器直接数字频率输出。文章针对石英谐振器的特点提出了一种应用于振梁加速度计的石英谐振器驱动电路方案,并对该电路方案进行测试与验证,测试结果表明该电路具有低成本、低复杂度、功耗小的特点,可以满足振梁加速度计的指标要求。

基于改进等周期法的振梁加速度计测频方法

振梁加速度计的输出量频率需要被连续、准确地测量,而现有应用于小型化电路板上的测频方法相比于频率计存在较大的原理性误差,针对运用等周期法的测频方法精度不高的问题,提出了一种改进等周期法来测量加速度计输出的频率值。本实验采用Altera max10型的FPGA芯片来实现测频和数据处理及运算,实验中使用测频电路和标准频率计53220A分别测量标准信号源、振梁加速度计的频率输出。实验结果显示,对比改进前后的算法,输入信号为标准信号源时,测频电路的输出精度有效提升,数值由原来的3.513μg变为1.078μg;输入信号为振梁加速度计的输出时,经过指数平滑滤波之后的输出精度由原来的22μg变为9.2464μg。对比频率计对振梁加速度计输出的测频结果,分析了影响加速度计测频精度的主要影响因素。经过测量后的结果表明,所提的基于改进算法的测频电路相比于等周期法可以有效地提升精度,并且拥有小型化、精度高的特点,在未来具有很好的应用价值。

石英振梁加速度计研究现状及发展趋势

石英振梁加速度计是一种基于振梁谐振和力频特性原理的新型全固态惯性传感器,具有高精度、大量程、低功耗、直接频率脉冲输出等突出特点,已被广泛应用于战术武器系统。简要介绍了石英振梁加速度计的工作原理、技术特点,梳理了分体式和一体式两种仪表结构的研究现状和关键技术。结合国外研究发展趋势,指出石英振梁加速度计将成为后续达到摆式积分陀螺加速度计精度和抗辐照指标、满足战略级需求最有可能的加速度计方案。

硅微振梁式加速度计抗温漂的微结构及工艺设计

针对硅微振梁式加速度计输出频率随环境温度漂移的问题,提出了抗温漂的硅微结构设计方法及相关工艺,降低了环境温度对输出的影响,在室温条件即可达到一定精度。通过建立"硅-玻璃"和"玻璃-陶瓷"耦合模型,分析了造成硅微振梁式加速度计温度漂移的原因。然后提出了"抗温漂耦合设计"的微结构和"半粘结封装"的封装工艺,降低了耦合模型中的理论温漂。利用加工出的原理样机进行实验,结果显示,采用抗温漂结构设计及封装工艺的原理样机,输出频率的温漂系数为-3.5×10-6/℃,室温下零偏稳定性为72.0μg。实验验证了抗温漂理论的可行性,可以满足室温下高精度硅微振梁式加速度计的设计要求。

硅微振梁式加速度计的温度检测及闭环控制

为实现硅微振梁式加速度计系统芯片级温度测量及系统闭环,本文针对系统的非惯性结构部分提出了微机电系统(MEMS)结构温度的芯片级测量和闭环控制优化方法。与以温控罩的温度作为参考温度的方法不同,该方法提出了供芯片级温度测量的MEMS结构、工艺及配套电路,通过直接测量MEMS结构的温度完成实时补偿,从而提高了测量精度。该方法在闭环控制的前置电路中应用了二极管电容解调电路,与前期使用的跨阻或者跨导方案相比,对器件的要求从pA级降至nA级。运用时域方法求得二极管电路方案的解析解,提出参数优化设计方法,保证了电容测量输入与输出间的线性关系。最后,采用二阶最优模型对闭环控制的后置电路进行参数优化,控制了上电时间。配合硅微振梁式加速度计原理样机进行了实验。实验结果表明,温度补偿后的零偏稳定性为52.0μg,标度因子稳定性为16.0×10-6,分辨率为34.9μg。这些结果验证了本文理论的可行性。

振梁加速度计

振梁加速度计是一种利用谐振晶体的输出频率来测量外界加速度的惯性器件。它由谐振梁、检测质量和激振电路等部分组成，基本结构如下：

一种可实现增益、带宽独立调控的低噪声MEMS加速度计接口电路设计

为了进一步满足振梁式加速度计(VBA)对前端放大接口电路增益、带宽以及噪声的更高要求,提出了一种适用于硅微振梁式加速度计的可实现增益、带宽独立调控的低噪声前端放大接口电路。该设计基于T型接口电路的两级拓扑结构,有效解决了增益、带宽和噪声之间的制约问题。通过仿真与实验结果表明,该设计在等效跨阻增益为40MΩ的前提下,最终实现了带宽为410kHz、相位误差为1.2°、等效输入电流噪声密度为8.9fA/√Hz。基于该设计的实验样机在上电稳定后1h零偏不稳定性达1.156μg,相较于传统一级跨阻接口电路减小了49.2%(2.274μg),验证了该新型接口电路的可行性和优越性。

高灵敏度石英振梁加速度计的设计与研制

石英振梁加速度计因其高精度和高稳定性成为加速度计研究的热点之一。为解决石英振梁加速度计存在标度因数难以提高的问题,提出并研制了一种一体式石英振梁加速度计。介绍了该加速度计的结构模型并展开了理论分析,指出了提高标度因数的可行途径。通过有限元仿真分析确定了加速度计的具体结构,采用湿法刻蚀等工艺制作敏感结构并进行了真空封装。经测试,该加速度计标度因数达到了254.4 Hz/g,零偏稳定性为4.4μg,标度因数稳定性为2.8×10^(-6)。测试结果表明,所提出的一体式石英振梁加速度计具有大标度因数、高稳定性的特点,可应用于高精度的惯导系统。

石英振梁加速度计温度补偿方法研究

针对石英振梁加速度计受工作环境温度变化产生温度漂移的问题,对比分析了基于VCR模型和BP神经网络模型的构建方法,通过数据样本验证了两种补偿算法的可行性。并搭建了加速度计性能测试系统,验证两种补偿方法的补偿效果。实验结果表明,两种补偿模型能显著提升加速度计的温度稳定性,零偏温度系数降低近两个数量级,标度因数温度系数降低了一个数量级。VCR模型温度补偿后,零偏温度系数为14.285μg/℃,标度因数温度系数为-4.2×10^(-6)/℃;BP模型温度补偿后,零偏温度系数为13.326μg/℃,标度因数温度系数为-8.808×10^(-6)/℃,VCR模型在石英振梁加速度计标度因数补偿方面展现出一定的优势。

基于模拟内插法的振梁加速度计测频方法

针对现有应用于振梁加速度计后端的小型化测频电路的精度不高问题,提出了一种利用模拟器件搭载实现准确测频的模拟内插法,本实验采用FPGA和模拟器件配合完成待测信号的测量和数据流水线式的处理及运算;实验中使用等周期法和模拟内插法分别测量标准信号源的输出、振梁加速度计的输出。实验结果显示,模拟内插测频法明显优于等周期测频法:使用标准信号源做输入时,平均波动对比等周期法的结果由0.63 mHz降至0.012 mHz,稳定精度提升了52.5倍;当测量振梁加速度计的输出时,平均波动对比等周期法的结果由2.5 mHz降至0.98 mHz,稳定精度提升了2.6倍,将系统时钟的频率由22.1184 MHz提升至150 MHz继续进行测试,稳定精度进一步提升了2.7倍,对结果采用递推平均滤波处理后平均波动达到0.11 mHz。基于模拟内插法的振梁加速度计测频方法的实验结果表明,利用硬件来控制计数时间可以提高测频精度,应用于设备或者箭体上均可实现,且在精度上有很大的优化空间。

两端固定音叉的力-频率关系及其非线性

两端固定音叉结构常被用作石英或硅振梁加速度计的敏感结构。论文的目的是建立两端固定音叉结构的固有频率与受力之间,及差动音叉结构频率差与受力之间的精确关系,研究差动音叉结构量程与非线性之间的联系。以梁的弯曲振动微分方程为基础,推导了在轴向力作用下两端固定的梁的固有振动角频率与轴向力之间的关系,并用多项式拟合;进一步得到差动音叉结构传感器的角频率差与轴向力之间的拟合多项式。梁的力-频率关系和差动音叉结构的力-频率差关系的5次多项式拟合误差分别低于0.0056%和0.0015%,并给出了敏感结构量程与输出非线性度之间的近似公式。这些公式可以为传感器的设计提供依据。

中国自主研发航天传感器频率测量ASIC芯片

日前，在中国航天科工三院试验诞生了我国自主设计的用于航天传感器频率测量的第一颗ASIC芯片FDC3301，该芯片主要用于完成振梁加速度计频率信号的同步连续测量，

航天33所第一颗ASIC芯片FDC3301问世

近日，在中国航天科工三院33所八室ASIC试验室诞生了第一颗33所自主设计的ASIC芯片FDC3301。该芯片的成功研制，标志着33所电子技术领域从板级拓展到了芯片级，人才队伍正由芯片的使用者向芯片的设计者转变。该芯片主要用于完成振梁加速度计频率信号的同步连续测量，

导航、电子对抗、制导

TN962010031649便携式气压高度计研制及误差修正技术研究/姚怡,黄智刚,李锐(北京航空航天大学电子信息工程学院)//遥测遥控.―2009,30(6).―48～51,65.针对气压高度计难以与其它电子系统兼容使用的问题,提出采用SCP1000-D01气压传感器芯片作为测量单元、基于USB接口的便携式气压高度计设计方案。实现中针对气压高度计易受外界大气条件影响。