本文關鍵詞：硅微諧振式加速度計閉環(huán)振蕩系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

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【摘要】：硅微諧振式加速度計是一種基于MEMS技術的新型微慣性器件,它具有體積小、功耗低、靈敏度高、測量動態(tài)范圍大等特點,是一種適用于高精度導航系統(tǒng)的加速度計,具有廣泛的應用前景。然而對比國內外研究現狀可以發(fā)現,目前國內研制的硅微諧振式加速度計在穩(wěn)定性指標上仍與國外領先水平存在一定差距。為此本文圍繞硅微諧振式加速度計振蕩電路穩(wěn)定性展開研究工作,主要包括加速度計機電接口建模、基于非線性控制的閉環(huán)振蕩電路幅度控制方法、振蕩器相位穩(wěn)定性分析和電路設計等內容。首先,分析了硅微諧振式加速度計的工作原理,闡述了加速度計的信號轉化機制,推導了諧振器的等效電路參數。在分析了寄生電容對加速度計的影響的基礎上,使用環(huán)形二極管接口電路來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的跨阻式接口電路,對接口電路進行改進。在此基礎上,完成了基于Cadence軟件的加速度計機電接口等效模型的建立,實現加速度計和振蕩電路的閉環(huán)仿真。其次,研究了基于非線性控制理論的閉環(huán)振蕩幅度控制方法,分析了影響幅值的主要因素,針對位移控制的新型接口電路,建立整個振蕩電路關于幅度的閉環(huán)控制模型。研究了基于自動增益控制原理的幅度控制具體實現方法,并分析其對幅度噪聲的影響。第三,闡述了電噪聲對載波信號相位干擾的機理,分析了由振蕩器中線性和非線性兩方面因素導致的相位噪聲,并通過實驗驗證了接口噪聲和諧振器振幅對相位噪聲的影響,進一步指導振蕩電路的設計。最后,在上述研究內容的基礎上,完成硅微諧振式加速度計振蕩電路的優(yōu)化設計,并根據IEEE加速度計測試標準對加速度計整表進行了綜合性能測試。測試結果表明,整表的1σ零偏穩(wěn)定性達到51.2μg,標度因數穩(wěn)定性達到28.2ppm,零偏不穩(wěn)定性為4.8μg,100Hz帶寬內加速度計的分辨率為15.9μg/Hz1/2。綜合性能測試獲取了加速度計整表的性能參數,為后續(xù)的設計改進提供了依據。
【關鍵詞】：硅微諧振式加速度計 非線性 幅度控制 相位噪聲
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH824.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 硅微諧振式加速度計研究背景概述10-11
• 1.2 硅微諧振式加速度計國內外研究概述11-14
• 1.3 硅微諧振式加速度計機電接口模型的研究概況14-15
• 1.4 硅微諧振式加速度計機測控電路的研究概況15-17
• 1.5 論文主要內容17-18
• 2 硅微諧振式加速度計機電接口建模18-32
• 2.1 諧振式加速度計工作原理18-20
• 2.1.1 機械敏感結構的基本原理18-19
• 2.1.2 靜電驅動19-20
• 2.2 諧振器等效電路分析20-23
• 2.3 寄生效應的影響23-27
• 2.4 加速度計接口電路的改進27-29
• 2.5 基于Cadence的加速度計機電建模29-31
• 2.6 本章小結31-32
• 3 閉環(huán)振蕩電路幅度控制理論的研究32-45
• 3.1 振幅擾動因素32
• 3.2 振幅非線性對諧振頻率的影響32-34
• 3.3 控制設計概況34-35
• 3.4 幅度控制35-44
• 3.4.1 幅度的傳遞函數35-39
• 3.4.2 PI控制器的設計39-43
• 3.4.3 開環(huán)系統(tǒng)的整體設計43-44
• 3.5 本章小結44-45
• 4 硅微諧振式加速度計振蕩電路的相位噪聲研究45-56
• 4.1 噪聲對載波信號的相位干擾45-48
• 4.2 相位噪聲的表征48-49
• 4.3 線性相位噪聲49-52
• 4.4 非線性相位噪聲52-54
• 4.5 相位噪聲性能試驗54
• 4.6 本章小結54-56
• 5 電路仿真和加速度計整表性能實驗56-68
• 5.1 電路設計與仿真56-61
• 5.1.1 移相電路的優(yōu)化56-58
• 5.1.2 振蕩電路與加速度計的聯(lián)合仿真58-61
• 5.2 測試設備與儀器61
• 5.3 硅微諧振式加速度計整表性能測試61-67
• 5.3.1 標度因數測試61-64
• 5.3.2 ±1g范圍的線性度64
• 5.3.3 1g穩(wěn)定性64-65
• 5.3.4 零偏穩(wěn)定性65
• 5.3.5 閾值65-66
• 5.3.6 測試結果匯總66-67
• 5.4 本章小結67-68
• 6 總結與展望68-70
• 6.1 總結68
• 6.2 展望68-70
• 致謝70-71
• 參考文獻71-74

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1 于治會,王阿春;關于加速度計參數的選定(1)[J];傳感器世界;2000年11期

2 于治會,王阿春;關于加速度計參數的選定(下)[J];傳感器世界;2000年12期

3 于治會;加速度計的靜態(tài)校準[J];宇航計測技術;2000年02期

4 顧英;慣導加速度計技術綜述[J];飛航導彈;2001年06期

5 徐剛,于治會;關于加速度計參數的選定[J];氣象水文海洋儀器;2001年01期

6 徐剛,于治會;關于加速度計參數的選定[J];鑿巖機械氣動工具;2001年01期

7 高宗;正確地連接和使用加速度計[J];世界產品與技術;2001年04期

8 顧英,趙連元;微硅加速度計技術綜述[J];飛航導彈;2002年09期

9 于治會;關于加速度計參數的選定[J];航空兵器;2002年06期

10 馬欣龍,王永梁;梳齒式微機械力平衡加速度計[J];中國慣性技術學報;2002年03期

中國重要會議論文全文數據庫 前10條

1 曹慧丹;沈昱明;賴際舟;;微硅加速度計標定及試驗研究[A];第六屆全國信息獲取與處理學術會議論文集（2）[C];2008年

2 索智群;喬東海;;力平衡模擬反饋電容加速度計的研究[A];2010’中國西部聲學學術交流會論文集[C];2010年

3 劉惠蘭;林恒;李莉;張春熹;;光學加速度計的技術及發(fā)展[A];慣性技術發(fā)展動能發(fā)展方向研討會論文集[C];2004年

4 劉惠蘭;林恒;李莉;張春熹;;光學加速度計的技術研究與發(fā)展[A];2004全國光學與光電子學學術研討會、2005全國光學與光電子學學術研討會、廣西光學學會成立20周年年會論文集[C];2005年

5 錢朋安;;一體化多維加速度計研究的若干問題分析[A];中國儀器儀表學會第九屆青年學術會議論文集[C];2007年

6 宋長福;嚴小軍;韓豐田;郭曉芳;馬高印;;硅微靜電懸浮加速度計關鍵技術研究[A];微機電慣性技術的發(fā)展現狀與趨勢——慣性技術發(fā)展動態(tài)發(fā)展方向研討會文集[C];2011年

7 李建飛;薛兵;張俊峰;朱小毅;王曉蕾;;應用于MEMS加速度計的小型恒溫系統(tǒng)的實現[A];中國地震學會第14次學術大會專題[C];2012年

8 周澤兵;祝竺;;靜電懸浮加速度計研究[A];中國地球物理2013——第二十六專題論文集[C];2013年

9 薛旭;李丹東;劉國文;萬蔡辛;張承亮;;MEMS加速度計工程樣機的研制[A];慣性技術發(fā)展動態(tài)發(fā)展方向研討會文集——新世紀慣性技術在國民經濟中的應用[C];2012年

10 張亮;陸秋海;;靜電懸浮式電容差分加速度計測量原理與動特性設計[A];第九屆全國振動理論及應用學術會議論文集[C];2007年

中國重要報紙全文數據庫 前4條

1 包秋紅;加速度計測試的加速者[N];中國航空報;2004年

2 唐新培;“黑黢俠”再顯神威[N];中國航天報;2012年

3 黃忠魁 付秀娟 本報記者 徐建華;“敏感精靈”助力嫦娥探月[N];中國質量報;2014年

4 唐新培;搬走“三座山” 促成“太空吻”[N];中國航天報;2011年

中國博士學位論文全文數據庫 前9條

1 蔣玉齊;高量程MEMS加速度計封裝研究[D];中國科學院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術研究所）;2004年

2 楊杰;無陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)加速度計構型研究與誤差分析[D];哈爾濱工程大學;2011年

3 張習文;微小型加速度計的精密裝配及影響性能的因素研究[D];大連理工大學;2013年

4 黃添添;氣隙磁力表征型磁懸浮加速度計的關鍵技術研究[D];浙江大學;2015年

5 劉志平;無陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)若干關鍵技術研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

6 李博;基于共振隧穿結構介觀壓阻效應的納機電加速度計研究[D];中北大學;2008年

7 劉力;慣性傳感器扭擺測試中地面振動和放電金絲的影響研究[D];華中科技大學;2012年

8 王世明;基于離心機的慣性儀表測試方法研究與誤差分析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

9 武慶雅;旋轉彈藥的慣性導航與解耦控制方法研究[D];北京理工大學;2015年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 王世昌;基于角速率的加速度計陣列誤差系數標定方法的研究[D];中北大學;2009年

2 徐小麗;高過載條件下微型加速度計的動態(tài)分析[D];南京理工大學;2009年

3 黎淵;三軸高g加速度計的測試理論與實驗研究[D];國防科學技術大學;2008年

4 鮑路路;高g值加速度計及其檢測電路的設計[D];中國科學技術大學;2009年

5 高宇;捷聯(lián)系統(tǒng)中加速度計信息處理技術研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

6 胡紅革;硅撓性伺服加速度計設計[D];電子科技大學;2002年

7 紀君寵;鈸式結構加速度計的研究與設計[D];北京大學;2008年

8 李永光;高精度加速度計標定與補償技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

9 李園晴;懸絲支承加速度計溫度誤差建模及補償研究[D];上海交通大學;2011年

10 王巍;高精度加速度計測量系統(tǒng)的分析與設計[D];哈爾濱工程大學;2011年

，

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