一种振梁式加速度计非线性度参数的自动测量装置设计与实现

目前,振梁式加速度计非线性度参数测量方法主要是将加速度计固定在离心机转台上,人为手动控制离心机转台转速,稳定后记录加速度输出;待所有加速度值测试完成后,通过数据处理软件计算出非线性度参数;但该方式效率较低,且一般都是单套产品进行测试,不适合大批量产品产生需求;鉴于解决上述测量效率问题,满足产品的批量生产需求,本设计提出一种测量方法,即同时测试多套振梁式加速度计非线性度参数的自动测量装置;试验结果表明:文章设计的测量装置,不仅实现了自动化进行多套加速度计同时测量,提高了测量效率,而且提出了一种便捷计算加速度计到离心机中心距离半径的方法,从而计算出实际作用于加速度计的g值,提高了测量精度。

硅微振梁式加速度传感器中微杠杆结构的设计

提出了一种采用微杠杆结构进行惯性力放大的硅微振梁式加速度传感器结构,阐述了其工作机理.在此基础上,讨论了两种不同的支点形式,分别推导了这两种结构形式的放大倍数计算公式,发现I型支点形式的放大倍数略高于II型支点,并采用有限元方法进行了仿真;分析了支点刚度以及输出轴刚度对放大倍数的影响;提出了微杠杆结构设计的原则.

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。

振梁式负压传感器

对负压力的测量可采用各种真空计或者负压传感器 ,但其输出量大多为非电量或模拟式电量。本文制作了一种电热激励的微悬臂梁谐振式负压传感器 ,它利用随微悬臂梁振动的气体分子等效于增加微梁惯性质量的原理测量气压或气体密度。利用Navier Stokes方程和连续性方程计算作用在微悬臂梁上的惯性阻力 ,进而计算出谐振器谐振频率与气压的关系。分析表明 :增大梁的宽度 。

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。