硅微谐振加速度计是一种新型加速度传感器,与传统机电加速度计相比,具有体积小、成本低、功耗低等优点;与硅微电容式加速度计相比,具有更高精度潜力,因而在军事和民用领域具有重要的应用价值。本文以实验室自主设计的硅微谐振加速度计为研究对象,针对其现有模拟测控电路易受干扰、参数调试灵活性差、频率信号读出需要测频设备等问题,提出硅微谐振加速度计数字锁相驱动与检测方法。本文的研究工作包括:(1)分析硅微谐振加速度计基本原理,推导了梳齿电容驱动模型和谐振器动力模型,阐述了敏感电容检测电路的特性,设计了加速度计数字锁相驱动闭环系统的整体架构。(2)分析硅微谐振加速度计锁相环相位控制原理,详细讨论锁相环性能的影响因素,根据加速度计信号特点设计了数字锁相环。利用Matlab/simulink工具对数字锁相环和闭环系统进行了仿真,验证设计的正确性。(3)提出一种同步积分器用于加速度计检测信号的鉴相和检幅。分析了积分器阶数提高有利于提升抑噪性能,并且降低对采样速率的要求。设计增量式数字PI控制器以状态机的形式实现,对数控振荡器的输出信噪情况进行了研究。完成硅微谐振加速度计FPGA数字器件选型和硬件设计,完成加速度计整表的研制,实现频率信号数字读出。(4)简要论述硅微谐振加速度计常用的温度补偿方法。根据加速度计硅材料的杨氏模量温度敏感特性,在FPGA片内建立一种双梁频率平方和的温度补偿算法,实现输出频率信号的实时温度补偿。实验结果表明温度补偿后的加速度计零偏稳定性明显提高。(5)对同步积分器和数控振荡器稳定性进行测试,测试结果表明稳定性达到基本要求;对频率控制字与实际频率一致性测试,结果表明频率控制字可用于表示实际信号频率。对本文加速度计整表的标度因数、零偏和速度随机游走相关指标进行测试,整表的静态性能良好,高频噪声有明显改善。本文提出的硅微谐振加速度计数字锁相驱动电路,在单片FPGA中实现环路控制、频率测量和温度补偿,对于提高硅微谐振加速度计性能,促进其测控电路数字化有重要意义。