基于柔性微杠桿機(jī)構(gòu)的諧振式微加速度計(jì)研究.pdf_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、加速度計(jì)在國(guó)防和民用領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。MEMS技術(shù)為加速度計(jì)在高精度、低成本和微型化等幾個(gè)發(fā)展方向提供了基礎(chǔ)。諧振式微加速度計(jì)是基于MEMS制作技術(shù)的、具有高精度、穩(wěn)定性好和準(zhǔn)數(shù)字的頻率信號(hào)輸出等優(yōu)點(diǎn)的、且有較大發(fā)展前景的導(dǎo)航級(jí)新型加速度計(jì)。論文系統(tǒng)地研究了諧振式微加速度計(jì)設(shè)計(jì)、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(jì)技術(shù)的發(fā)展概況,總結(jié)對(duì)比了各種類(lèi)型微加速度

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

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

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

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