高精度電容式數(shù)字化微機(jī)械加速度計(jì)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、微機(jī)械加速度計(jì)由微機(jī)械加速度傳感器與外圍檢測(cè)電路兩部分組成。微機(jī)械加速度傳感器是微機(jī)械加速度計(jì)最核心的部分，對(duì)加速度計(jì)的性能起著關(guān)鍵作用。微機(jī)械加速度傳感器是用來(lái)測(cè)量線加速度慣性傳感器件，可以應(yīng)用于慣性力、傾斜角、振動(dòng)及沖擊等慣性參數(shù)的測(cè)量。微機(jī)械加速度計(jì)在慣性制導(dǎo)、汽車、消費(fèi)電子、地質(zhì)等方面有著非常廣泛的應(yīng)用前景。電容檢測(cè)式微機(jī)械加速度計(jì)具有較高的靈敏度、較好的線性度和以及較好的穩(wěn)定性，因此在多種檢測(cè)形式的加速度計(jì)中備受關(guān)注。電容檢測(cè)

2、式微機(jī)械加速度計(jì)包括電容式微機(jī)械傳感芯片以及電容檢測(cè)電路，在微機(jī)械傳感器確定的基礎(chǔ)上，電容檢測(cè)電路的性能就直接決定了加速度計(jì)系統(tǒng)的最終輸出性能。本文針對(duì)變面積電容檢測(cè)式微機(jī)械加速度傳感器，設(shè)計(jì)了高精度、大量程的單路載波調(diào)制型檢測(cè)電路，同時(shí)為了更好的了解整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程，本文也簡(jiǎn)要分析了加速度傳感器的參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)靈敏度、分辨率等性能指標(biāo)的影響。本文主要圍繞著提高微機(jī)械加速度計(jì)系統(tǒng)的分辨率、擴(kuò)大其量程以及改善其穩(wěn)定性這些研究?jī)?nèi)容，為

3、高精度、大量程的電容式微機(jī)械加速度傳感器以及外圍電容檢測(cè)電路的合理設(shè)計(jì)、參數(shù)優(yōu)化提供了理論依據(jù)以及相應(yīng)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其今后的實(shí)用化、工程化具有一定參考意義。本文主要工作包括以下內(nèi)容：
　　 ⑴針對(duì)高精度、大量程的電容式微機(jī)械加速度計(jì)，設(shè)計(jì)了電容檢測(cè)電路。通過(guò)對(duì)加速度計(jì)系統(tǒng)的整體與各個(gè)組成部分的噪聲性能的分析，提出了將系統(tǒng)增益前移，選擇更優(yōu)的低噪聲芯片，將模擬帶通濾波器改為數(shù)字帶通濾波器等方法，提高了系統(tǒng)的分辨率。通過(guò)對(duì)加速度計(jì)系

4、統(tǒng)的整體與各個(gè)組成部分對(duì)量程限制的分析，并根據(jù)使用過(guò)程中，在較大加速度輸入時(shí)，分辨率可以適當(dāng)降低的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了量程分檔的電路方案，既可以保證加速度計(jì)系統(tǒng)擁有大量程，也可以保證加速度計(jì)系統(tǒng)在相對(duì)較小加速度輸入的情況下?lián)碛泻芨叩姆直媛省?br>　　 ⑵針對(duì)加速度計(jì)系統(tǒng)受溫度影響較大的特點(diǎn)，為提高加速度計(jì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與精度，提出了兩種改善加速度計(jì)系統(tǒng)溫度穩(wěn)定性的方法，一種是采用軟件的方法在FPGA內(nèi)對(duì)加速度計(jì)系統(tǒng)的進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償；另一種是

5、制作高精度的控溫裝置，對(duì)加速度傳感器進(jìn)行嚴(yán)格的溫度控制。針對(duì)上述兩種方法都需要溫度采集電路，為了獲得更高精度的加速度計(jì)系統(tǒng)，本文選擇了分辨率高的溫度采集電路。另外針對(duì)速度計(jì)系統(tǒng)的處理電路的溫度特性，提出了對(duì)加速度計(jì)系統(tǒng)的處理電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)囊环N新方法。
　　 ⑶針對(duì)各種改善方案，對(duì)加速度計(jì)系統(tǒng)的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)試表明，本設(shè)計(jì)的開環(huán)加速度計(jì)系統(tǒng)的分辨率為0.70μg／√Hz，并且在較佳的溫度穩(wěn)定性的情況下，對(duì)該設(shè)計(jì)的加速度計(jì)