加速度測(cè)量系統(tǒng)是用于敏感和測(cè)量運(yùn)動(dòng)載體在慣性空間中加速度大小的裝置,廣泛應(yīng)用于慣性導(dǎo)航、汽車電子、智能控制、重力場和地震檢測(cè)等領(lǐng)域。因此,對(duì)加速度測(cè)量系統(tǒng)的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景,也是目前研究的熱點(diǎn)之一。隨著微納加工技術(shù)和新材料研究的不斷發(fā)展,一種高靈敏隧道磁敏傳感應(yīng)運(yùn)而生。如何利用高靈敏隧道磁敏傳感實(shí)現(xiàn)高精度加速度測(cè)量是值得研究的內(nèi)容。本文在充分研究隧道磁阻效應(yīng)的基礎(chǔ)上,依據(jù)加速度測(cè)量的原理,提出了基于隧道磁阻效應(yīng)的加速度測(cè)量系統(tǒng)。本文在基于隧道磁阻效應(yīng)的基礎(chǔ)上,采用“力-磁-電”多物理場耦合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)加速度信號(hào)測(cè)量。在力場耦合方面,采用微懸臂梁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)加速度向機(jī)械位移的轉(zhuǎn)換;在磁場耦合方面,磁場源置于微懸臂梁自由端,隨微懸臂梁產(chǎn)生空間位置變化,實(shí)現(xiàn)位移到空間磁場的線性轉(zhuǎn)換:在電場耦合方面,變化磁場經(jīng)隧道磁阻敏感轉(zhuǎn)換為阻值變化,通過磁阻構(gòu)成的惠斯通全橋結(jié)構(gòu)差分輸出,再經(jīng)低噪聲信號(hào)處理電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)讀取。為了實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的高精度測(cè)量,本文對(duì)力場耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了力學(xué)參數(shù)數(shù)值解析計(jì)算和仿真驗(yàn)證,對(duì)磁場源進(jìn)行了空間磁場分布建模與理論解析,對(duì)信號(hào)處理電路進(jìn)行了功能設(shè)計(jì)、噪聲模型建立與噪聲... 

【文章來源】：蘇州大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－４加州大學(xué)諧振式加速度計(jì)?

第一章緒論?基于隧道磁阻效應(yīng)的加速度測(cè)量系統(tǒng)研究??在獲得高靈敏度的同時(shí)可減少非敏感方向的干擾，可實(shí)現(xiàn)１１６２．４５?Ｖ／ｇ的靈敏度和??１．３２５卜ｉｇ的分辨率。??．ＳＣＳ?Ｐｒｏｏｆ?ｍａｓｓ?．?Ｔｉｐ??一一?＼?卜一?Ｉ??２ａＸｌＳ?今?＇?＇?Ｐｙｒｅｘ?７７４０?Ｇｌａｓｓ??－?Ｓｖｎｉｗｊｉ?ｉｈｔ／＞?■??ＰｉｒｔＨｉｆ?ｍａｎ?－￣－?＇??圖１－１３浙江大學(xué)光電式加速度計(jì)?圖１－１４北京大學(xué)隧道電流式加速度計(jì)??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１３?Ｏｐｔｉｃａｌ?ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ?ｐｒｏｐｏｓｅｄ?ｂｙ?Ｆｉｇｕｒｅ?１－１４?Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ?ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ?ｐｒｏｐｏｓｅｄ?ｂｙ??ｔｈｅ?Ｚｈｅｊｉａｎｇ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｔｈｅ?Ｐｅｋｉｎｇ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ??隧道電流式加速度計(jì)具有高精度和低噪聲的優(yōu)勢(shì)。北京大學(xué)２００７年提出的微機(jī)??械隧道式加速度計(jì)［２２］，其結(jié)構(gòu)如圖］－１４所示，采用玻璃基板結(jié)構(gòu)，其中質(zhì)量塊懸掛??結(jié)構(gòu)的低應(yīng)力、結(jié)構(gòu)層與基板之間較低的熱不相容性，使得低頻噪聲顯著降低，同時(shí)??采用三階閉環(huán)系統(tǒng)以接近最佳的線性度和運(yùn)行狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)１００?Ｈｚ帶寬下±１０?ｇ的量??程和０．０１５?ｍｇ／Ｈｚａ５的分辨率。??磁阻式加速度計(jì)近２年在國內(nèi)開始得到重視［２３，２４］。東南大學(xué)２０１９年提出的隧道??磁阻式加速度計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖１－１５所示，基于三層堆棧式結(jié)構(gòu)，頂層集成了隧道磁??阻傳感器，中間層由質(zhì)量塊、永磁體和梁構(gòu)成，當(dāng)外界輸入加速度，安裝于質(zhì)量塊上??的永磁體產(chǎn)生位移進(jìn)而導(dǎo)致空間磁場變化，底層集成了反饋電極實(shí)現(xiàn)靜電力平衡，可??

其中，ｆ為阻尼比，為固有頻率，可得到式（２－６）??義⑴?Ｉ?…、???＝—?７?（２－６）??ｄ?⑴?＋２ｗｎｇｓ＋?Ｈ＇／??根據(jù)式（２－６）可以看出，質(zhì)暈塊質(zhì)量的提升會(huì)使力學(xué)結(jié)構(gòu)諧振頻率降低，較低??的諧振頻率會(huì)限制幵環(huán)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)帶寬，怛“加速度一位移”響應(yīng)靈敏度增人。??２．２基于隧道磁阻效應(yīng)的磁敏感技術(shù)??。由頂以電極Ｗ??磁矩方向?Ｉ?．丨由以??＾?ｔ隨道勢(shì)壘尼??幻狀、此？?－?■?：＾肺扎反??釘扎Ｕ反鐵磁層??磁挪，］底層電極層??圖２－２磁隧道結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｔｕｎｎｅｌ?ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ??隧道磁阻傳感器的基本組成單元是基于隧道磁阻效應(yīng)的磁性材料隧道結(jié)（ＭＴＪ?）。??磁性材料隧道結(jié)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)原理圖如圖２－２所示，包含：頂層電極層、ｄ由層、隧道??勢(shì)壘層、釘扎層（被釘扎層、反鐵磁層）、底層電極層，由ｒ？結(jié)構(gòu)的各層厚度�。颍椹柀�??ｎｍ，因此磁性材料隧道結(jié)被稱為薄膜結(jié)構(gòu)。頂層電極戻與Ｕ由層岜接接觸，底層電??極層與反鐵磁層直接接觸，頂層電極層和底層電極戻采用的是丨丨：．磁件．材料，具有良好??的導(dǎo)電性以實(shí)現(xiàn)電磁信號(hào)的交互。??１１??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石英撓性加速度計(jì)表頭力矩器噪聲模型研究[J]. 剛煜,王永建,趙鵬,賀慧勇,唐立軍.  傳感器與微系統(tǒng). 2018(03)
[2]基于隧道磁電阻（TMR）效應(yīng)的齒輪傳感器設(shè)計(jì)與性能[J]. 黎琦,劉明峰,白建民,王穎,曹江偉,魏福林,楊正.  磁性材料及器件. 2014(05)
[3]瑞利法在耦合系統(tǒng)振動(dòng)固有頻率計(jì)算中的應(yīng)用[J]. 廖劍暉,賀寅彪.  機(jī)械工程師. 2014(07)
[4]磁介質(zhì)飽和磁化強(qiáng)度對(duì)高梯度磁選機(jī)磁場性能的影響[J]. 鄭霞裕,李茂林,崔瑞,郭娜娜,顏亞梅,張仁丙.  金屬礦山. 2013(08)
[5]基于Euler-Bernoulli方程微懸臂梁弛豫分析[J]. 彭首軍,王文芳,龔勝平.  西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2012(07)
[6]加深對(duì)麥克斯韋方程組的理解[J]. 趙鳳嬌.  科技與企業(yè). 2011(10)
[7]為什么用磁偶極子模型而非磁疇模型研究磁性檢測(cè)原理[J]. 仲維暢.  無損檢測(cè). 2006(02)
[8]力邊界條件對(duì)瑞利-李茲法求梁固有頻率的影響[J]. 范志毅,任勇生,劉立厚,石嶸.  上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào). 2005(01)
[9]永磁體空間磁場的分析計(jì)算及其在永磁磁力軸承中的應(yīng)用[J]. 湯雙清,陳習(xí)坤,唐波.  大學(xué)物理. 2005(03)
[10]變截面懸臂梁大撓度分析與計(jì)算[J]. 江五貴,李禾,謝亞清,扶名福.  南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版). 1998(03)

博士論文
[1]磁道釘磁場特性試驗(yàn)研究[D]. 曹輝.武漢理工大學(xué) 2007
[2]飛輪電池磁懸浮支承系統(tǒng)理論及應(yīng)用研究[D]. 湯雙清.華中科技大學(xué) 2004

碩士論文
[1]永磁體空間磁場分布規(guī)律及其在傳感器中的應(yīng)用[D]. 李鑫.南京師范大學(xué) 2015
[2]基于磁性隧道結(jié)的齒輪傳感器研究[D]. 黎琦.蘭州大學(xué) 2014
[3]微機(jī)械電容式加速度計(jì)自動(dòng)標(biāo)定及性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的研究[D]. 耿賽柳.蘇州大學(xué) 2013
[4]微懸臂梁機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性研究[D]. 武潔.上海交通大學(xué) 2012
[5]高精度電容式微機(jī)械加速度計(jì)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D]. 許樂.浙江大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3076978