基于柔性微杠桿機構(gòu)的諧振式微加速度計研究.pdf

1、加速度計在國防和民用領(lǐng)域都有著廣泛的應用。MEMS技術(shù)為加速度計在高精度、低成本和微型化等幾個發(fā)展方向提供了基礎(chǔ)。諧振式微加速度計是基于MEMS制作技術(shù)的、具有高精度、穩(wěn)定性好和準數(shù)字的頻率信號輸出等優(yōu)點的、且有較大發(fā)展前景的導航級新型加速度計。論文系統(tǒng)地研究了諧振式微加速度計設(shè)計、制作等相關(guān)理論和技術(shù)，并制作了樣片。
　　 論文的主要研究工作可概括如下：
　　 綜述了微加速度計技術(shù)的發(fā)展概況，總結(jié)對比了各種類型微加速度

2、計的特點和發(fā)展，提出了研究新型諧振式微加速度計的研究思路、方法和研究內(nèi)容。
　　 針對諧振式加速度計的工作原理，討論了梁的橫向彎曲振動理論以及軸向力對彎曲振動的影響；研究了附有集中質(zhì)量的雙端固定梁固有頻率對軸向力變化的解析關(guān)系；為設(shè)計加速度計的諧振元件提供了理論基礎(chǔ)。
　　 討論了柔性機構(gòu)的特點和類型；對基于柔性鉸鏈的微杠桿機構(gòu)進行了解析分析，研究了柔性鉸鏈各參數(shù)對微杠桿傳力系數(shù)的影響；分析討論了兩級微杠桿機構(gòu)的類型，并

3、從理論上研究了兩級微杠桿的傳力系數(shù)，研究了兩級杠桿之間的耦合影響，提高了兩級微杠桿傳力系數(shù)的理論分析精度和準確性；優(yōu)化了該兩級杠桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使其對輸入力的放大倍數(shù)達102；用有限元仿真方法對解析計算結(jié)果進行了驗證；設(shè)計了基于該兩級微杠桿機構(gòu)的諧振式微加速度計結(jié)構(gòu)。
　　 在對諧振器的驅(qū)動檢測原理和MEMS系統(tǒng)阻尼特性研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了諧振器及其梳齒結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，并進行了仿真分析；所設(shè)計的諧振元件的諧振頻率對軸向力的靈敏度約

4、為5.5Hz/μN，在10V驅(qū)動電壓下檢測電容值約為0.14pF；討論了諧振器在大氣環(huán)境下的阻尼機制，分析計算了其阻尼系數(shù)和品質(zhì)因子，計算結(jié)果表明所設(shè)計諧振器的品質(zhì)因子約為190。
　　 研究了諧振式加速度計的驅(qū)動和檢測電路原理，在此基礎(chǔ)上完成閉環(huán)驅(qū)動和檢測的加速度計接口電路設(shè)計；主要包括鎖相環(huán)驅(qū)動電路、C/V轉(zhuǎn)換及頻率檢測電路、自動增益控制電路、濾波及移相電路；并對設(shè)計電路進行了仿真和調(diào)試，結(jié)果表明該接口電路能滿足諧振式加速度