本文關(guān)鍵詞：叉指式硅微機(jī)械加速度計(jì)設(shè)計(jì)與檢測技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 利用MEMS技術(shù)制造的微加速度計(jì)具有體積小、功耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),在汽車安全、慣性制導(dǎo)、振動(dòng)控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前,常規(guī)武器制導(dǎo)化對微加速度計(jì)的性能提出了更高的要求,主要體現(xiàn)在測量精度和可靠性兩方面。電容式微加速度計(jì)在溫度特性、測量噪聲、長期穩(wěn)定性等方面具有很大的優(yōu)勢。采用叉指結(jié)構(gòu)可以提高微加速度計(jì)的測量靈敏度,然而靈敏度的提高將導(dǎo)致交叉耦合誤差的增大。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是降低耦合誤差的主要方法。同時(shí)微加速度計(jì)的電容變化非常微弱,通常在10?1 5F以下,設(shè)計(jì)高精度微電容檢測電路是提高微加速度計(jì)測量精度的關(guān)鍵。 本文對叉指式微加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、結(jié)構(gòu)仿真方法和信號(hào)檢測技術(shù)進(jìn)行了深入研究。主要內(nèi)容如下: 1、對叉指式硅微加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了系統(tǒng)研究,其中包括加速度計(jì)彈性支撐梁理論、運(yùn)動(dòng)特性、靜電驅(qū)動(dòng)特性和壓膜阻尼特性四個(gè)方面,介紹了四種彈性支撐梁結(jié)構(gòu)并推導(dǎo)了它們的彈性系數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系。 2、設(shè)計(jì)了一種叉指式硅微加速度計(jì),利用有限元分析軟件對其進(jìn)行了模態(tài)分析。支撐梁彈性系數(shù)的仿真結(jié)果與理論計(jì)算值相符,檢測模態(tài)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它模態(tài)頻率,減小了交叉耦合誤差。建立了叉指式硅微加速度計(jì)的等效電路模型,并利用PSpice軟件對其階躍響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析。 3、研究了微小電容檢測的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法,對積分器和緩沖器兩種微電容檢測方法進(jìn)行了分析比較,設(shè)計(jì)了基于積分器的開環(huán)檢測電路和利用靜電力反饋的閉環(huán)檢測電路,詳細(xì)介紹了信號(hào)檢測電路的具體實(shí)現(xiàn)方案。 4、對開環(huán)微加速度計(jì)和閉環(huán)微加速度計(jì)的性能進(jìn)行了測試,測試結(jié)果表明,開環(huán)微加速度計(jì)的刻度因子為0.185V/g ,線性度為1.3%,閉環(huán)微加速度計(jì)的刻度因子為3V/g,線性度為2.5%。
【關(guān)鍵詞】：微電子機(jī)械系統(tǒng) 微加速度計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 有限元仿真 微電容檢測
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TH824.4
【目錄】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 加速度計(jì)概述11-12
• 1.2 微機(jī)械加速度計(jì)的發(fā)展12-15
• 1.2.1 微機(jī)械加速度計(jì)的發(fā)展概述12-13
• 1.2.2 微機(jī)械加速度計(jì)的分類13
• 1.2.3 微機(jī)械加速度計(jì)的應(yīng)用13-15
• 1.3 硅微機(jī)械加速度計(jì)簡介15-18
• 1.3.1 叉指式硅微加速度計(jì)16-17
• 1.3.2 扭擺式硅微加速度計(jì)17
• 1.3.3 “三明治”擺式硅微加速度計(jì)17-18
• 1.4 研究意義和主要工作內(nèi)容18-19
• 1.5 本章小結(jié)19-20
• 第二章 叉指式硅微加速度計(jì)的理論分析20-29
• 2.1 加速度計(jì)的原理20-21
• 2.2 壓膜阻尼模型21-22
• 2.3 微彈性支撐梁模型與計(jì)算22-27
• 2.4 平行板電容器的電壓控制靜電驅(qū)動(dòng)27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 叉指式硅微加速度計(jì)的設(shè)計(jì)與電學(xué)模擬29-40
• 3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29-32
• 3.1.1 U 型梁的彈性系數(shù)30-31
• 3.1.2 差動(dòng)電容的變化31-32
• 3.2 有限元仿真32-35
• 3.2.1 模態(tài)分析32-35
• 3.2.2 意外沖擊的仿真研究35
• 3.3 微加速度計(jì)電學(xué)模擬35-38
• 3.4 微加速度計(jì)的制作流程38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第四章 叉指式硅微加速度計(jì)輸出信號(hào)的檢測40-59
• 4.1 電容式微加速度計(jì)的檢測原理40-41
• 4.2 微小電容的檢測方法41-43
• 4.2.1 緩沖器電容檢測方法41-42
• 4.2.2 積分器電容檢測方法42-43
• 4.3 叉指式硅微加速度計(jì)的信號(hào)檢測43-58
• 4.3.1 微加速度計(jì)開環(huán)檢測43-45
• 4.3.2 微加速度計(jì)閉環(huán)檢測45-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第五章 叉指式硅微加速度計(jì)的測試59-64
• 5.1 測試系統(tǒng)介紹60-61
• 5.1.1 主要性能指標(biāo)60
• 5.1.2 測試設(shè)備及測試條件60-61
• 5.2 測試結(jié)果與性能分析61-63
• 5.2.1 基于MS3110 的開環(huán)微加速度計(jì)的測試61-62
• 5.2.2 閉環(huán)微加速度計(jì)的測試62-63
• 5.3 本章小結(jié)63-64
• 第六章 全文總結(jié)與未來工作展望64-65
• 6.1 全文總結(jié)64
• 6.2 未來工作展望64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-68
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文68

【引證文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 陳穎慧;唐彬;施志貴;謝國芬;;減小交叉耦合的三維微加速度計(jì)的設(shè)計(jì)[J];微納電子技術(shù);2013年02期

2 王虎;薛東巖;;基于LabVIEW的轎車電動(dòng)座盆檢測平臺(tái)[J];長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年01期

3 馬躍;李松;李瑩;翁寅侃;;加速度計(jì)信號(hào)處理的建模與仿真[J];計(jì)算機(jī)仿真;2012年03期

4 李士林;王明泉;康曉月;趙奇;;斷細(xì)藥的微小電容檢測方法[J];探測與控制學(xué)報(bào);2010年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 戴強(qiáng);基于SOI的電容式微加速度計(jì)器件物理模型與實(shí)驗(yàn)研究[D];電子科技大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 尹立鵬;光電跟蹤數(shù)字化加速度傳感系統(tǒng)的研究[D];長春工業(yè)大學(xué);2010年

2 霍衛(wèi)紅;一種新型靜電驅(qū)動(dòng)增加檢測電容的微慣性傳感器研究[D];杭州電子科技大學(xué);2011年

3 王曉迪;嵌入可動(dòng)電極的微慣性傳感器的設(shè)計(jì)與相關(guān)IC檢測電路研究[D];杭州電子科技大學(xué);2012年

4 劉保慶;動(dòng)態(tài)下MEMS酒杯式諧振器性能研究[D];杭州電子科技大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：307698