發(fā)布時(shí)間：2024-12-27 03:03

　　 微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）諧振式加速度計(jì)因具有動(dòng)態(tài)范圍大、靈敏度高、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)成為研究熱點(diǎn)。針對(duì)以振蕩電路為接口電路的諧振式加速度計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)建模和仿真分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并測(cè)試了一種硅MEMS諧振式加速度計(jì)樣機(jī)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)閉環(huán)振蕩接口電路和測(cè)頻電路帶寬遠(yuǎn)大于傳感器自身帶寬時(shí),比例因子的頻率響應(yīng)特性由傳感器敏感質(zhì)量塊二階系統(tǒng)頻率特性決定。硅MEMS諧振式加速度計(jì)樣機(jī)的靜態(tài)性能測(cè)試結(jié)果為量程±12.5 g_n,比例因子662. 1 Hz/g_n,帶寬400 Hz,零偏不穩(wěn)定性34. 09μg_n,噪聲22. 18μg_n/Hz^1/2。

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【部分圖文】：

圖1 諧振式加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意

諧振式加速度計(jì)主要結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1所示)包括諧振音叉結(jié)構(gòu)、微杠桿放大結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)檢測(cè)結(jié)構(gòu)、敏感質(zhì)量塊以及支撐結(jié)構(gòu)等。諧振子的一端與質(zhì)量塊連，當(dāng)外界輸入加速度作用于振動(dòng)平面內(nèi)時(shí)，質(zhì)量塊在外界加速度的影響下會(huì)產(chǎn)生慣性力，通過(guò)微杠桿的放大作用到諧振音叉結(jié)構(gòu)上，導(dǎo)致諧振頻率發(fā)生改變，利用驅(qū)動(dòng)檢....

圖2 諧振式加速度計(jì)閉環(huán)結(jié)構(gòu)框圖

圖2為閉環(huán)振蕩電路與頻率測(cè)量電路結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)滿足巴克豪森準(zhǔn)則時(shí)，會(huì)發(fā)生自激振蕩現(xiàn)象，當(dāng)諧振頻率隨著外界加速度變化而發(fā)生漂移時(shí)，閉環(huán)振蕩電路會(huì)自動(dòng)鎖定跟隨新的諧振頻率，通過(guò)頻率測(cè)量模塊測(cè)量出頻率漂移量，可以反推出輸入加速度的大小，達(dá)到測(cè)量的目的。在MATLAB中SIM....

圖3 比例因子S頻率響應(yīng)曲線

保持輸入加速度峰值不變，不斷增大其頻率，通過(guò)諧振頻率的最大漂移量來(lái)推算出加速度到頻率的比例因子S，圖3為加速度到頻率的比例因子S的頻率響應(yīng)曲線，其中實(shí)線和虛線分別為理論分析和系統(tǒng)仿真比例因子的頻率響應(yīng)曲線，兩條曲線基本一致，當(dāng)輸入加速度頻率接近傳感器敏感質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)一階諧振....

圖4 閉合振蕩回路頻率時(shí)域變化(仿真結(jié)果)

設(shè)置了一組大小變化的加速度信號(hào)，保持正弦形式的輸入加速度頻率不變(遠(yuǎn)小于傳感器敏感質(zhì)量塊支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)一階諧振頻率)，不斷增大其峰值，圖4為閉環(huán)振蕩系統(tǒng)諧振頻率時(shí)域變化的仿真結(jié)果，諧振頻率在時(shí)域上的變化一直是連續(xù)的，并且諧振頻率的最大漂移量也與輸入加速度的峰值大小一一對(duì)應(yīng)。因此，當(dāng)....

本文編號(hào)：4021038