叉指电容式集成加速度计的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lixuantea
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
本文的研究工作是围绕着体硅电容式微加速度计结构芯片及其接口ASIC芯片研制、自检测技术、敏感结构与接口电路混合集成技术研究等方面展开的。论文所取得的成果不但可以促进加速度计向微型化与集成化方向发展,而且在国防、航天、航空,以及民用领域具有广泛的应用前景。  首先,针对目前叉指电容式集成加速度计研制中缺乏系统设计方法、动态阻尼理论与模型等问题,以加速度计二阶运动方程及流体动力学方程为基础,综合分析了集成加速度系统的工作原理以及传感器自检测、动态特性等,建立相应的理论模型。集成加速度计系统设计中包含机械结构与电子电路,分属不同的领域,难以在同一专业设计平台下进行仿真与优化。本论文采用等效能量法,建立了叉指电容式加速度计系统级电学仿真模型,构建了集成加速度计系统,在专业仿真软件SPICE上进行了系统级仿真,实现了加速度计机械结构与具体接口电路的匹配优化。论文基于流体动力学理论,建立了非均匀配置梳齿结构的加速度计的动态阻尼理论模型,采用该理论模型对集成加速度计的动态特性进行了理论分析与实验研究,实验结果与理论模型仿真结果相一致。在此基础上完成了非均匀配置叉指加速度计梳齿结构参数的设计,实现了加速度计的阻尼最佳匹配。在加速度计自检测技术与微机械结构机电耦合机理方面进行了研究,通过对梳齿电极静电驱动的特性分析与实验研究,建立了新的机电耦合模型,利用叉指梳齿微结构进行了MEMS微结构的机电耦合效应实验研究与机电耦合模型的验证。利用该模型设计了新的自检测结构,其自检测输出可达5%FS。  其次,基于以上理论模型,设计并制作出了具有自检测功能的集成加速度计。基于DRIE体硅工艺设计了一种非均匀配置叉指结构的差分电容式加速度计,对其进行了仿真与优化设计。采用电荷泵技术和分时控制技术设计了CMOS自检测电路,电荷泵可提供10V以上的驱动电压,分时控制电路可隔离高压驱动对电容检测电路的耦合,避免高压自检测电压与检测电路的影响,实现了CMOS接口处理集成电路与体硅结构叉指电容式加速度计两芯片集成系统的自检测功能。鉴于叉指电容式加速度计静态电容小,静电驱动能力差,难以闭环工作等不足,提出了一种新的适合闭环工作的框架质量块结构加速度计,实现了叉指电容式加速度计的闭环驱动与检测,该传感器具有闭环增益高,噪声低等优点。  最后利用国防科工委第一计量测试研究所和中电49所的加速度计测量/标定系统,对所研制的集成加速度计进行了测试。测试项目包括:灵敏度、幅频响应、线性度、最大横向灵敏度比等。测试结果为,集成加速度计量程:±50g,灵敏度:15mV/g,翻滚试验的一阶线性模型的非线性:2.4×10-4,抗过载:4000g。同时对集成加速度计的温度特性、机电耦合特性等进行了试验研究。论文工作对MEMS加速度计动态阻尼及机电耦合特性的研究具有重要的理论意义,对推进高性能集成加速度计实用化具有重要的实用价值。
其他文献
布氏硬度测量是工业生产中常见的用于金属硬度检测的方法,传统的布氏硬度测量方法中,用读数显微镜得到圆形压痕的直径,采用这种方法,压痕直径借助一定放大倍数的光学显微镜由人工
期刊
随着我国经济与科技水平的不断提升,各行业领域均在进行深化改革,以创新出更具科学性的技术,制定出可行性更高的项目管理措施,确保该企业在市场中占据一席之地.现阶段,我国最
在抛丸除尘系统中,旋风除尘器一般作为二级除尘,在整个除尘系统中其分离效率高低直接影响整个除尘系统。然而旋风除尘器往往因为其尺寸和结构设计不合理,造成除尘效率下降和能耗增加。我国烟尘排放标准日趋严格,对抛丸机的除尘系统要求越来越高,以最低的经济成本和最小的空间体积获得最高的除尘效率是抛丸机除尘系统发展的趋势。本文用Fluent对抛丸机用旋风除尘器流场进行了仿真,研究了抛丸机用旋风除尘器的气固两相流场
本文对渗流理论及其在龙子湖工程中的应用进行了研究。文章采用野外渗水试验、抽水试验,确定了土体在饱和状态下的渗透系数,为渗漏计算和地下水动态分析提供了合理的计算参数。
不管是建设房屋还是人们日常生活中,排水工程均占据着重大位置,其对于人们日常生活和工程整体质量有着直接性的影响.当房屋排水工程渗漏以后,必定会为人们居住带来诸多的不便
随着地球物理、计算机和网络等技术的高速发展,地震勘探技术正呈现出两个发展趋势,一个是单项技术的发展,另一个是多项技术的综合。三维地震勘探一体化技术是应用计算机技术和地
一、确立了“三个代表”重要思想的历史地位十六大第一次将“三个代表”重要思想作为党和国家的指导思想写进党章,这就正式明确了“三个代表”重要思想的历史地位。在当前和
“烂尾楼”项目不同于以往的新建工程,其特点为已经办有用地许可证、规划手续,在项目开工后,因开发商无经济支撑、管理不善、致使工程无法继续运转,停工一年以上的房地产项目
期刊