压电MEMS振动传感器信号采集系统设计与实现

针对硅基铌酸锂单晶薄膜压电MEMS振动传感器产生振动信号的特征,设计了基于FPGA平台的数据采集系统。该系统采用AD7606采样芯片,结合状态机的思想,完成了AD采样设计的时序图,实现了数据转换,转换后的数据使用FIFO进行存储,之后通过USB 2.0传输到上位机进行处理。最后搭建了实物验证平台,利用此系统采集振动台输出的振动信号,并用MATLAB对采集到的振动信号进行分析。实验结果表明,当加载加速度为3~20 g时,采集到的电荷与输入加速度之间有较好的线性度。该采样系统能够满足一定的采样速率要求,在压电MEMS振动传感器信号采集领域有广阔的应用前景。

基于MEMS传感器的滑坡监测算法设计与试验

针对当前工程上土体滑坡位移监测稳定性与准确性差、覆盖难、成本高等难题,提出了一种基于微机电系统(micro-electro-mechanical system,简称MEMS)传感器技术的土体滑坡内部位移监测方法。考虑斜坡岩土体形变过程的运动特性,设计了消除MEMS传感器加速度数据随机偏差和固定偏差的时域加速度积分算法。为验证该位移监测方法的有效性和实用性,设计开展了2组室内牵引式滑坡模型试验及对应有限元仿真计算,利用MEMS技术进行试验边坡土体内部位移监测,结合有限元软件计算结果对试验MEMS数据结果进行对比分析,评估算法的准确性和可靠性。结果表明:基于该算法的MEMS土体滑坡监测位移值,在水平方向和竖向的平均相对误差最小值分别为0.09%和0.50%,具有较高的准确度,满足实际工程需要。研究成果为土体滑坡监测提供了新的思路,也为MEMS传感器在滑坡/边坡防护工程中应用提供理论基础。

基于MEMS加速度传感器的数字倾角仪设计

利用MEMS加速度传感器设计了倾角测试仪,并利用单片机进行了数据线性化、传感器温度和上电稳定特性等补偿,倾斜角可以通过LCD或上位机显示。实验表明:本系统倾角测量精度可达±0.2°,具有很好的工作稳定性和较高的性价比,使用上也更加灵活。

新型三轴MEMS热对流加速度传感器的研究

介绍了一种基于热流原理的新型三轴MEMS热对流加速度传感器,它没有活动质量,无需多个器件组合就可以进行任意方向的加速度信号测量。分析了该器件的工作原理,设计了器件结构,进行了工艺开发,加工出了原理样机。测试表明:该器件实现了三个轴向的加速度信号的检测性能,验证了新原理的可行性;测量量程达到±2g,分辨率达到1mg,抗冲击能力达到10000g,具备了良好的性能。

基于MEMS传感器的高精度姿态角测量研究

针对传统姿态参考系统姿态解算容易受到载体运动加速度的干扰,导致系统精度变低、稳定性变差等问题,提出一种改进的卡尔曼滤波算法。该算法建立基于四元数的惯性系统姿态解算数学模型,并根据载体运动加速度的大小,适时调整卡尔曼滤波器的量测噪声方差的大小,以此减弱卡尔曼滤波过程中运动加速度对姿态角解算精度的影响。采用MEMS三轴陀螺仪、加速度计和磁阻传感器完成载体在电梯升降过程中的测量,对实验测量数据进行姿态解算,结果表明改进后的卡尔曼滤波算法能够有效减小运动加速度对姿态解算的影响,姿态角的均方根误差相对于传统的姿态参考系统降低约40%。

新型MEMS地震检波器的研究

以MEMS加速度传感器为基础的新型地震检波器大幅度提高了地震检波器的各项性能指标。介绍了一种新型的石油勘探MEMS地震检波器的设计及其主要技术参数,并通过微传感器结构的力学性能仿真,得出其具体的结构尺寸。经采用表面工艺和体工艺相结合的方法,利用磁控溅射、光刻、化学蚀刻及等离子体蚀刻等工艺,在高阻硅上制备出检波器样品。

基于MEMS加速度传感器的步态识别

针对最小采集约束条件和经历长时间跨度下识别率低的问题,提出一种基于MEMS加速度传感器的步态识别算法。该算法以右髋部位置采集加速度信号构造多个高斯差分尺度空间,利用局部关键点生成稀疏表示的步态特征位置模板,并采用模板融合来有效转换稀疏性步态周期特征,最后利用最近邻算法和投票机制对步态特征进行识别。在公开的含175名测试者的步态加速度数据集上进行测试,实验结果显示识别率为98.67%和认证率为99.89%,并进一步研究了测试集和训练集样本数目对识别效果的影响,验证了特征提取的有效性和稳定性。

基于MEMS三维磁阻传感器的电子指南针的研究

介绍了一种基于MEMS的三维磁阻传感器和加速度传感器的电子指南针系统。相对于由两轴磁阻传感器制造的电子指南针,该系统能够有效补偿倾斜角产生的误差。重点介绍了该系统的测量原理、硬件设计、软件流程。通过中位置均值滤波、限幅滤波、一阶滞后滤波,最大误差控制在1°以内。实验结果表明:本系统可以满足于一般导航领域的要求。

基于MEMS加速度传感器的步数检测算法研究综述

随着智能移动终端、智能穿戴设备以及基于惯性传感器的行人定位导航系统的快速发展,针对这些设备和系统中的计步需求,大量有关基于MEMS加速度传感器的步数检测算法的研究工作已经开展并取得了优秀的成果。针对该领域中现有的技术方法,首先阐述了该领域的发展情况,指出目前该领域的主要研究要点、方法种类以及应用情况;接着,综述了目前该领域的研究现状,从数据预处理方法和步数验证方法这两方面对多种步数检测算法进行了阐述以及优缺点的分析;然后,对该领域的研究要点进行了深入的探讨,分析总结步数检测算法中与研究要点相关的技术方法。最后,讨论并展望了该领域未来的发展方向,以期为后续的研究提供参考。

一种新型MEMS加速度传感器的研制

针对传统机械类传感器体积比较大、耗电量高、长期监测稳定性差的不足,研发出一种新颖的基于MEMS(微机械加工)技术的无线传感器。分析了加速度传感器的检测原理,设计了信号检测模块、微控制器模块及无线收发模块等硬件集成电路,并进行了软件实现。设计实验系统对所研发的加速度传感器动态特性进行了研究,实验结果表明:该传感器在不同的加速度输入输出反复实验中,具有良好的线性响应,线性拟合度在0.999%F.S以上,重复稳定性好,动态响应快,适用于结构的低频振动测试。

不等高梳齿电容式三轴MEMS加速度传感器

利用ICP体硅深加工,本文设计分析了一种三轴三质量块的电容式加速度传感器。水平方向采用定齿偏置配置梳齿式,垂直方向采用不等高对称梳齿式;对称的布局方式,解决了各个轴向的相互干扰问题。利用有限元分析工具对设计进行模拟,证实了设计的合理性和可行性。X、Y轴向和Z轴向的灵敏度分别为1.2 fF/g和1.0 fF/g,量程为±50 g。

电容式MEMS加速度传感器在气囊系统中的应用

安全气囊系统作为汽车被动安全的核心组成,有着极为重要的作用。为了提高其性能,设计了一种基于MEMS的外围加速度传感器的系统。该系统通过微机械结构检测汽车碰撞时的加速度,再通过一体式的专有集成电路对信号进行处理,然后将数据经总线传送到安全气囊控制器进行逻辑运算。通过实际碰撞测试,证明该设计系统能增强碰撞识别度和提早点火时间,极大地提高了安全气囊系统的性能。

基于MEMS传感器的运输环境监测仪的研制

为了长时间、连续地全程记录运输过程中的三向加速度和温湿度数据,采用MEMS加速度传感器和温湿度传感器、实时时钟、低功耗32位微处理器、SD卡、模块化的碱性电池组等构建运输环境监测仪,睡眠-唤醒巡检的工作方式和上位机在SD上建立文件系统、监测仪直接访问SD卡数据块的数据存储机制有效降低了功耗,频响特性测试、功耗测试、低温运行和搭载测试试验表明该运输环境监测仪满足使用需求。

基于MEMS技术的多媒体空中鼠标

针对现有空中无线鼠标存在通信距离短、电池供电局限性等问题,采用通信距离更长的2.4GHz无线传输模块以及可循环充电利用的锂电池对空中无线鼠标系统进行了改进;同时系统接收端采用USB设备通信,将大容量存储设备与鼠标设备整合复用,并实现二者功能的任意切换,从而提高了该鼠标系统适应实际应用环境的能力;本系统采用多传感器信息融合技术,对三轴陀螺仪和三轴加速度计的数据进行实时采集,将采集到的数据传送给STM32微控制器,用于计算鼠标的位移、角度、角速度等参数;利用无线传输模块将数据发送到接收端完成与计算机的通信,控制电脑并完成鼠标的功能,同时USB设备的接收端可免插拔切换为U盘模式;从而实现基于MEMS技术的多媒体空中无线鼠标的智能化和多功能化。

地震勘探用三维MEMS加速度传感器的研究

以MEMS加速度传感器为基础的新型数字地震检波器是地震勘探所用仪器的发展方向之一。介绍了一种三维MEMS加速度检波器结构,这有别于传统三分量MEMS传感器通过用3只MEMS加速度传感器按正交直角组装。并通过PSpice软件对其进行了整体仿真,仿真结果表明其阶跃响应和正弦响应基本和理论分析的结果吻合。

无线加速度传感器的MEMS芯片ADXL202应用设计与集成

阐述了一种基于MEMS技术的芯片ADXL202的应用设计与集成。介绍了ADXL202的测试原理和主要参数设计原则,然后利用其集成了一种无线加速度传感器并进行了测试。实验结果表明ADXL202非常适合于频率变化较为缓慢、加速度不太大的土木工程结构的测量;利用ADXL202所构成的无线加速度传感器,易安装拆除,适合在土木工程结构监测中应用。

硅MEMS加速度传感器教学实验平台构建

基于硅MEMS(micro-electromechanical systems)加速度传感器体积小(微米量级)、工作原理较抽象、课堂教学接受较困难等问题,构建了硅MEMS加速度传感器教学实验平台。该实验平台主要由加速度信号发生装置、高性能石英振梁加速度传感器、MEMS加速度传感器芯片、A/D转换电路、单片机数据采集及处理电路、液晶显示装置等组成。加速度信号发生装置提供不同的加速度信号。高性能石英振梁加速度传感器用于对MEMS加速度传感器的测试结果进行比对。测试结果表明,该实验平台性能良好,能够满足实验要求。该实验平台不但强化了对学生动手能力的培养,体现了实验教学与课堂教学的结合,也为传感器技术及应用、误差理论与数据处理等课程提供了重要支持。

MEMS微加速度与微角速率集成传感器的研制

介绍了一种全新的MEMS微型惯性器件,该器件是一种基于热对流原理的热膜式传感器,它利用一个单敏感元件同时测量加速度和角速率。该器件由一个加热器和两组微型温度传感器组成,加热器加热气体形成的热对流气体作为敏感元件,该器件通过微型温度传感器测得的热对流气体的温度差实现加速度和角速率的测量。分析了器件的工作原理,根据仿真结果设计了双层的器件结构,进行了工艺开发,加工出了原理样机。测试表明:该器件同时具备了加速度传感器和角速率传感器的检测功能,很好地验证了设计的可行性。

基于MEMS加速度微传感器制作工艺及测试

介绍了基于MEMS技术的微型加速度传感器的原理、制作工艺、测试电路及测试结果。设计原理是把加速度变化转换为传感器的电容变化,制作上以硅-玻璃键合技术、玻璃和质量块的腐蚀工艺以及等离子刻蚀技术(ICP)为主要的工艺过程。传感器的测试采用方波为激励信号,采用CMOS电路来提高测量电容的灵敏度。结果表明,该传感器性能稳定、线性范围广、灵敏度高。

用于地球物理勘探的MEMS加速度传感器

传统速度检波器由于内在结构的限制 ,其技术性能已不能满足现代高分辨率地震勘探数据采集的要求。美国I/O公司利用MEMS技术研制开发的加速度传感器具有良好的频率响应特性 ,可在检波器内部进行模 /数转换 ,实现检波器数字信号输出。文章对MEMS技术特点及发展现状、MEMS加速度传感器结构及主要技术性能做简要介绍 。