电容式微机械加速度计部分力学特性的分析

推导了电容式微机械加速度计的悬臂梁在加速度作用下可能出现的两种挠度情况，分析了在制造过程中残余应力对于加速度计造成的影响，推导了电容式微加速度计的工作原理，并推荐了相应的工作模式．     

一种变面积型差动电容加速度传感器的设计

介绍一种基于滑膜阻尼的差动电容加速度传感器.该加速度传感器利用圆柱形差分电容极板间重合面积的改变来检测加速度的大小,保证输出电压与加速度之间的线性度.对加速度传感器进行结构设计和分析,介绍加速度传感器的工艺流程.测试结果表明,该加速度传感器的灵敏度较好,谐振频率与理论计算相吻合.     

基于CAV444的无接触式电容角度传感器

针对传统的差动式电容角度传感器的线性度不高和测量精度低的缺陷,设计了一种新型的无接触式电容角度传感器.通过CAV444芯片把该传感器的电容变换量转换成差分电压输出,经过放大电路处理后,经A/D转换,利用单片机读取与角度相对应的电压值.实验结果表明,该电容角度传感器实现了对角度的精确测量,能够得到线性输出的电压值.     

微电容阵列检测系统的设计

通过实验分析了电容读取芯片MS3110P各项性能指标,并设计了一款能自适应匹配模拟开关产生的电荷注入效应的P控制器;开发出一款具有单电容阵列测量模式和差分电容阵列测量模式的微电容阵列检测电路,并探讨了其寄生电容产生的原因。测试结果表明,该检测电路克服了各种寄生电容对传感器的影响,提高了测量精度,能够应用于MEMS触觉传感器微电容阵列的测量。     

变面积结构微机机械电容式加速度传感器

文章首次报道了一种基于面积可变电容结构的微机械加速度传感器。质量块呈栅状结构,由悬臂梁支撑。两组交叉放置的定电极位于质量块的正下方。在惯性力的作用下,质量块呈平行于衬底水平移动,引起由质量块的栅与定电极的叉指构成的差分电容变化。通过测量差分电容的变化,可以得到加速信号的大小。理论分析表明加速度响应信号随面积呈线性变化,而与质量块及定电极的间距无关。加速度传感器的制作采用了基于金属电镀的准LIGA技术,设计量程为20m/s2。测量结果表明,加速度传感器量程为20m/s2,灵敏度为58.1mV/(m·s-2),非线性为4%FS。讨论了器件线性度不够理想的原因。     

具有零偏补偿功能的电容式微加速度计接口电路

为了实现了电容式传感器和其他信号处理电路之间的接口,提出了一种电容式传感器接口电路。该接口电路基于开关电容技术,采用采样电荷结构,并在其前端读出电路采用采样开关噪声消除技术,在0.35μm 2P-4 M CMOS标准工艺下设计并流片实现,且特别适用于开环或力平衡闭环电容式微加速度计和振动角速度陀螺仪应用。测试结果表明:在1 MHz的采样时钟下,该接口电路取得了约5.35 aF的电容分辨率和约0.173 aF.Hz-1/2的噪声基底。     

微加速度计

本文论述了微机械系统(MEMS)的发展,介绍了电容式微加速度计和压阻式微加速度计的结构,分析了它们的工作原理,以及制作工艺.     

电容式传感器的设计方法探讨

研究者从间距变化型电容传感器的工作原理出发,从检测原理、参数分析和主要误差来源等方面对差分式电容传感器系统的设计方案进行了研究。分析结果表明差动式电容传感器的灵敏度比一般电容传感器提高了一倍,同时差动式电容传感器的非线性误差得到了明显的改善。电容传感器的主要误差来源于电路噪声和电容传感器的非线性。     

二极管电容检测用于微加速度计的误差分析

方波激励下的环形二极管电容检测电路应用于微机械加速度计是一种新的尝试.根据实践,该方案可以很好地在闭环系统中工作.该文建立了这种解调电路的数学模型,进行了误差分析,给出了其参数对闭环系统的影响.该方案在将检测电容变化转换为电压变化的过程中会引入非线性因素,该文证明了这种影响在闭环后可以忽略.计算结果表明,较解调电容的变化,敏感结构电容的变化将对输出电压的变化起主要的影响作用.此外,推导出的静电力公式说明,较大的激励电压会减小系统的稳定裕量.     

电容式微机械加速度计闭环系统的零偏

为解释电容式微加速度计闭环系统零点不惟一的特殊现象,对其力学模型和电路特性进行理论分析,推导了闭环输出、零偏、零偏重复性、检测盲区宽度等公式,建立新的静平衡模型.通过零偏与预载的关系实验,定量分析了零偏不重合度、零偏重复性等,并对实验数据进行误差分析.该静平衡模型揭示了动齿的运动规律,证明检测盲区宽度和零偏重复性成正比,成功解释了两个零点问题.指出提高零偏重复性指标的方法,对于微机械结构的设计、预载的选择也具有指导意义.     

轮胎内置加速度传感器的汽车制动特性传感方法

汽车制动性能失灵会危及生命安全.为此,文中提出一种通过微电子机械系统(MEMS)电容加速度传感器来监测动态汽车制动性能的方案.将传感装置安装在汽车轮胎内部用以获取径向加速度信号,将制动时段的径向加速度信号通过无线通信方式向外部接收系统传送,作为后续变换处理和制动性能评估的依据.文中对加速度传感器信号的组成进行了理论推导,并阐述了传感器信号的采样、动态标注和存储、平滑去噪、斜率比较以及制动起始时刻判定等的处理方法.硬件实验结果验证了该轮胎内置传感方案的可行性.     

低功耗两线制电容式液位变送器的研制

针对电容式液位传感器电容量较小引起的输出阻抗高、负载能力差、信号处理困难的缺点,基于电容充放电原理电路实现微电容测量,进而设计了基于MSP430单片机的两线制电容式液位变送器。合理利用了超低功耗的16位单片机MSP430内部的比较器、计数器和D/A转换器,输出信号经V/I电路转换为4～20 mA电流,两线制变送输出。整个系统全部选用低功耗芯片,以保证变送器静态工作电流低于4 mA。采用驱动电缆技术,有效屏蔽测量电路及电缆带来的分布电容的干扰。试验结果表明,在0～700 mm范围内,液位变送器的测量精度可以达到6‰。系统可实现两线制,且功耗低,稳定可靠。     

激励电压对梳齿式加速度计系统的影响

为优化梳齿式微硅加速度计的系统设计,研究了激励电压对加速度计性能和电路参数选择的影响。推导出的系统静电力方程说明,激励电压对静电力的影响相当于在预载电压上叠加了微幅高频干扰,该干扰决定了加速度计的标度因数稳定性。由闭环传递函数得出了标度因数稳定性与电路参数间的关系。实验结果表明,根据标度因数稳定性指标选取了合适的电路参数后,可以忽略激励电压对静电力的影响。在实际应用中,利用该结论可以减小加速度计尺寸并降低功耗。     

面向输出性能的微加速度计建模与拓扑优化

以MEMS(micro-electro-mechanical systems)技术制备的电容式微加速度计为研究对象,建立了其最终输出性能——检测电容的检测特性与其微结构之间的动力学模型,提出了微加速度计最终输出性能的计算方法,实现了面向微加速度计最终输出性能的动力学特性与检测特性分析.为提高微加速度计的输出性能,进行了微加速度计的结构拓扑优化.在考虑提高电容输出性能和模态约束的条件下,建立了微加速度计结构的拓扑优化流程与数学模型,并以优化算例说明方法的有效性.拓扑优化结果表明,优化后微加速度计的输出性能和灵敏度提高了4.92%,同时抑制了振动模态耦合,保持品质因子不变.     

一种电容传感器检测定位扬声器接线端子的方法

基于平面电容传感器原理,提出一种应用于扬声器接线端子定位检测系统的新型电容传感器,可以有效检测定位扬声器接线端子。介绍了这种电容传感器的设计,描述了电容传感器用于检测扬声器接线端子的基本方法;并给出了相应的电路模型。根据扬声器接线端子的外形特点来确定电容传感器的最优设计。实验结果表明:电容传感器对扬声器接线端子区域较敏感,电容-频率变换振荡器输出频率为51 k Hz左右的波形,相对频率差约5 k Hz。通过检测振荡器的频率变化,运用自学习均值滤波频率采集算法可实现扬声器接线端子的非接触检测定位。     

基于神经网络的加速度时程积分方法

加速度的二重积分是位移,因此利用加速度传感器可以测量位移,但加速度信号积分中存在零点校正和边界条件确定的问题.为了准确地将加速度时程积分成对应时刻的位移,提出了一种利用非线性映射能力很强的BP神经网络建立加速度时程与位移时程之间的关系.通过对样本的学习,BP神经网络将这种非线性映射关系以分布并行的方式存储在网络的联结权矩阵中,从而对样本集进行非逻辑归纳.数值仿真结果和实测结果表明,该方法抗噪声污染能力强,收敛速度快,识别精度较高.     

静电悬浮微机械加速度计设计

设计了一种基于静电悬浮原理的微机械加速度计。它采用三明治结构的微敏感元件,电容式位移检测方案及静电力悬浮控制方案。着重对敏感元件的主要结构设计、参数的选取、支承静电力的计算以及量程极限、精度极限等问题进行了分析,表明在目前技术条件下,可以实现量程约5g,精度为10-5g的悬浮微加速度计。设计并加工出一种圆环形结构的敏感元件,已实现了Z轴方向的静电悬浮及加速度测量,证明设计方案是可行的,进一步研究可实现三轴悬浮加速度计。     

基于MEMS加速度计的波高测量装置

利用加速度计浮标对海洋特定的参数波高进行监测。加速度计浮标运用三轴加速度计、陀螺仪、强磁场计以及电磁罗盘模块作为核心电路,利用惯性导航原理,采用四元素法进行坐标转换,并用低通滤波算法对采集信号进行处理,将滤波后的信号值进行二次积分可获取轴向位移,其中Z向位移用来计算波高,同时运用倾角测量原理计算上跨零点处浮标与水平面倾角,并用电子罗盘进行校正,以此来判断波向的方法。使用该波高测量装置对一系列波浪进行测量,并与电容波高传感器进行对比,实验结果表明:运用加速度计浮标测得竖直方向位移曲线,与电容式波高传感器实测曲线相比一致性较好,针对测量结果进行对比发现频域内分析方法误差更小。因此基于陀螺仪和加速度计的波浪观测装置能够满足波浪实验测量需求。