本文關鍵詞：高精度電容式微機械加速度計零點偏置與溫度特性的研究

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【摘要】：微機電系統(tǒng)是將微電子技術與機械工程融合到一起的一種工業(yè)技術。硅微加速度傳感器作為微機械器件中的一個重要分支,具有響應快、靈敏度高、精度高、小型化、應用性廣、能耗低等優(yōu)點,目前已受到國內外廣泛關注。零點偏置是衡量微加速度計動態(tài)特性的重要指標,其受到電容檢測電路和敏感元件結構兩部分的影響。溫度是影響微加速度計的主要環(huán)境因素,降低系統(tǒng)溫漂有利于提高微加速度計的檢測精度和穩(wěn)定性,擴大微加速度計的應用范圍。 本論文以零點偏置和溫漂為出發(fā)點對電容式微機械加速度計進行研究。利用靜電力的作用來減小系統(tǒng)的零偏,優(yōu)化了系統(tǒng)的其他性能。同時設計了基于MEMS寄生電阻的溫度補償方案,降低了系統(tǒng)的溫漂。 本論文的主要創(chuàng)新性工作及成果包括以下三個方面： (1)對調制型電容式微機械加速度計系統(tǒng)中的主要零偏來源進行了分析,其中主要包括檢測電路的不對稱性、解調方法以及敏感元件的初始電容差等。 (2)設計了基于靜電力的初始電容補償方案,以減小敏感元件的初始電容差。測試結果表明,經(jīng)過靜電力補償之后,系統(tǒng)的零偏穩(wěn)定性由0.2617mg降低到了0.2333mg,零偏溫度靈敏度從0.4175mg/℃減小到0.3094mg/℃,零偏重復性由2.7197mg減小到了1.8727mg。 (3)設計了一種基于MEMS寄生電阻的溫度補償方案,該方案不需要額外的補償電路,減小了電路的面積。測試結果表明,基于靜電力補償?shù)募铀俣扔嬒到y(tǒng)在經(jīng)過溫度補償之后,系統(tǒng)的零偏穩(wěn)定性由0.2333mg降低到了0.1423mg,零偏溫度靈敏度從0.3094mg/℃減小到0.1202mg/℃。
【關鍵詞】：微機電系統(tǒng) 加速度計 零點偏置 溫度補償
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH824.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目次8-11
• 1 緒論11-21
• 1.1 微機械傳感器概述11-15
• 1.1.1 微機械加速度計的定義11-12
• 1.1.2 微機械加速度計的分類12-14
• 1.1.3 微機械加速度計的應用14-15
• 1.2 電容式微機械加速度計的工作原理15-17
• 1.3 微機械加速度計的零偏特性概述17
• 1.4 微機械加速度計的溫度特性概述17-19
• 1.5 論文的主要工作及意義19-21
• 2 電容式微機械加速度計原理與零偏影響因素分析21-36
• 2.1 電容檢測電路的結構與分析21-29
• 2.1.1 調制解調型電容檢測電路結構21-24
• 2.1.2 載波產生模塊24-27
• 2.1.3 電容電壓轉換模塊27-28
• 2.1.4 數(shù)字解調模塊28-29
• 2.2 加速度計表頭的結構與分析29-35
• 2.2.1 變面積平行板電容結構30-31
• 2.2.2 初始電容差對加速度計系統(tǒng)的影響31-35
• 2.3 小結35-36
• 3 系統(tǒng)溫度特性的研究36-49
• 3.1 溫度補償方案分析36-37
• 3.2 電容檢測電路分析37-39
• 3.3 數(shù)字解調部分分析39-40
• 3.4 溫度對檢測電路增益和相移的影響分析40-42
• 3.5 初始電容差對檢測電路增益和相移的影響分析42-44
• 3.6 加速度信號對檢測電路增益和相移的影響分析44-45
• 3.7 基于MEMS寄生電阻的溫度補償45-48
• 3.7.1 工作原理45-46
• 3.7.2 溫度靈敏度測試46-47
• 3.7.3 穩(wěn)定性測試47-48
• 3.8 小結48-49
• 4 靜電力減小零偏方案的提出以及在系統(tǒng)中的實現(xiàn)49-68
• 4.1 靜電力在微結構中的作用49-52
• 4.1.1 靜電力的產生49-50
• 4.1.2 靜電力對變面積式電容加速度計的作用50-52
• 4.2 靜電力減小零偏方法的實現(xiàn)52-60
• 4.2.1 減小零偏的方法52-54
• 4.2.2 靜電力減小零偏54-60
• 4.3 系統(tǒng)中的實現(xiàn)60-67
• 4.3.1 電路系統(tǒng)及結構設計61
• 4.3.2 電源管理模塊設計61-62
• 4.3.3 FPGA及數(shù)字電路設計62-64
• 4.3.4 CV電路設計64-65
• 4.3.5 AD/DA模塊設計65-67
• 4.4 小結67-68
• 5 系統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)分析68-83
• 5.1 表頭關鍵參數(shù)的提取68-70
• 5.2 初始電容差在靜電力作用下的變化情況70-71
• 5.3 測試環(huán)境的影響71-72
• 5.4 零偏溫度靈敏度測試72-75
• 5.5 零偏穩(wěn)定性測試75-79
• 5.6 零偏重復性測試79-80
• 5.7 系統(tǒng)噪聲測試80-82
• 5.8 小結82-83
• 6 總結與展望83-85
• 參考文獻85-88
• 作者簡歷及在學期間所取得的科研成果88

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉曉為;王超;譚曉昀;董長春;;體硅電容式雙軸微加速度計的信號檢測新方法[J];傳感技術學報;2008年03期

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本文編號：825467