【摘 要】
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硅微谐振式压力传感器具有精度高、长期稳定性好、准数字输出等优点,在军用和民用领域均具有广阔的应用前景。本文针对自主研制的静电激励/压阻检测方式的硅微谐振式压力传感器开展闭环自激驱动技术的研究,并研制了试验样机,完成的工作包括:（1）简述硅微谐振式压力传感器的基本结构与工作原理;分析静电驱动及压阻检测的原理,并针对传感器的压阻检测机构建立惠斯通电桥模型,设计及分析了恒压源激励电路;建立了线性谐振器模
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硅微谐振式压力传感器具有精度高、长期稳定性好、准数字输出等优点,在军用和民用领域均具有广阔的应用前景。本文针对自主研制的静电激励/压阻检测方式的硅微谐振式压力传感器开展闭环自激驱动技术的研究,并研制了试验样机,完成的工作包括:（1）简述硅微谐振式压力传感器的基本结构与工作原理;分析静电驱动及压阻检测的原理,并针对传感器的压阻检测机构建立惠斯通电桥模型,设计及分析了恒压源激励电路;建立了线性谐振器模型并进行动力学分析;完成了硅微谐振式压力传感器的测控系统框架设计。（2）设计了基于线性谐振器模型的直流AGC（自动增益控制）自激驱动系统,并建立相应的数学模型,采用平均法进行求解;通过Simulink仿真验证闭环自激系统的可行性及平均法求解结果的准确性,并讨论谐振器品质因数变化对系统的影响;对自激系统的90°宽带移相电路及AGC电路进行了设计与分析。（3）分析了非线性谐振器的振动特性;建立了基于非线性谐振器的直流AGC闭环自激模型,采用平均法进行求解;通过开环扫频及线性拟合测得了实际压力传感器的固有频率以及非线性系数,对系统的仿真模型加以改进,并通过仿真验证系统分析的结果;研究了刚度非线性对传感器的频率稳定性以及动态特性的影响;对两种降低频率噪声提高频率稳定性的方法进行了初步探索与分析。（4）在12k Pa～120k Pa工作量程范围内对所研制的硅微谐振式压力传感器整机系统进行了测试,结果表明,传感器在低温（-40°C）、室温（19.7°C）和高温（80°C）环境下的灵敏度分别为28.0719Hz/k Pa、27.5774Hz/k Pa和27.2606Hz/k Pa,灵敏度的平均温度系数为-0.00676Hz/k Pa/°C,线性度分别为13.9682ppm、72.7040ppm和13.2676ppm,测试量程范围内输出频率的平均温度系数在-0.590Hz/°C～-1.241Hz/°C范围内,传感器的精度优于0.01%FS,各温度点下传感器的迟滞分别为11.8231ppm、70.0093 ppm和17.8903 ppm。常温常压冷启动情况下的频率漂移约为3Hz,输出频率噪声为5.46×10-8。本文的工作,为硅微谐振式压力传感器系统的实现提供了完整的理论基础和实际的电路方案,也为后续的研究奠定了基础。
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