【摘要】：硅基諧振加速度計是一種具有高精度潛力的微機電慣性儀表,其基本原理是在軸向加速度的作用下諧振結構剛度的變化引起諧振子諧振頻率的改變,通過檢測頻率變化測得輸入加速度。硅基諧振加速度計具有微機電儀表可靠性高、壽命長、體積小和重量輕的優(yōu)點,同時頻率信號輸出又使其具有理論高精度,因此成為微機電慣性儀表發(fā)展的重要方向之一。本文針對硅基諧振加速度計的結構設計及工藝、系統(tǒng)設計、數字測控電路等關鍵技術展開了研究,主要內容如下:研究了硅基諧振加速度計的工作機理,推導了力-頻輸出方程,建立了敏感結構的動力學模型并基于Simulink進行系統(tǒng)級建模及分析;對諧振子的驅動檢測方式進行了分析,并比較兩種驅動檢測方式,確定了驅動檢測結構方案。針對目前諧振式加速度計結構設計中的不足,提出了硅基諧振加速度計的雙層結構設計方案,并利用ANSYS有限元分析軟件對結構的主要模態(tài)進行了仿真分析,并進行了全量程仿真和溫度仿真分析。研究了硅基諧振加速度計的圓片級封裝工藝技術和微系統(tǒng)應力匹配工藝技術。研究了諧振音叉閉環(huán)驅動控制機理。基于自激振蕩原理,閉環(huán)驅動控制系統(tǒng)包括相位控制和幅值控制,以相位控制為主,幅值控制為輔。本文中相位控制采用鎖相環(huán)方案,對鎖相環(huán)進行了理論分析,并分析比較了三種幅值控制方案,基于上述分析對閉環(huán)驅動控制系統(tǒng)進行了Simulink系統(tǒng)級仿真分析。研究了硅基諧振加速度計的數字驅動及高精度頻率檢測技術。利用Verilog HDL語言進行了自適應數字鎖相環(huán)、高精度頻率檢測、串口通信模塊等程序設計,基于FPGA構建的了數字測控系統(tǒng)。測試結果顯示,數字測控電路可以滿足加速度計響應速度、量程等指標的設計需求。經測試,樣機的上電啟動時間100ms,零偏穩(wěn)定性達到25.496μg(1σ),零偏重復性為35.384μg;標度因數為197.437 Hz/g。
【圖文】：

楊博：硅基WLP 諧振加速度計的研究 硅基諧振加速度計接口電路技術國內外研究進展微諧振式加速度計的性能取決于結構設計、封裝、電路等方面，它們對加如圖 1.12 所示。其中，測控電路的作用是驅動硅微諧振式加速度計并實時頻率以得到加速度輸出，它決定了傳感器噪聲、穩(wěn)定性、功耗等多項關鍵

諧振加速度計力-頻系，主要是因為輸出隨著幅值變化諧振過大[34]。速度計對外界環(huán)境制環(huán)節(jié)。諧振式儀表trol，AGC）的閉環(huán)非線性區(qū)，抑制諧振首先根據理論計算，然后調整幅值檢測值降低時，，通過提高電激勵電壓來減小有效值與直流參考電
【學位授予單位】：中國航天科技集團公司第一研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH824.4

【參考文獻】

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本文編號：2607472