基于微變電容的角度振動(dòng)傳感器的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著MEMS（Micro Electro Mechanical System，即微電子機(jī)械系統(tǒng)）技術(shù)的發(fā)展，電容式MEMS傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用于位移、振動(dòng)、角度、加速度等物理量的測量，而且還逐步擴(kuò)大應(yīng)用于壓力、差壓、液面、成分含量的測量。在振動(dòng)、角度等測量領(lǐng)域，采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的MEMS電容傳感器可提高靈敏度減小誤差，然而受結(jié)構(gòu)微型化的影響，這種傳感器的電容量一般只有幾個(gè)pF，而由外界引起的電容變化量就更小。因此

2、，需要設(shè)計(jì)一種合適的方法檢測微變電容的變化，并與角度振動(dòng)量對應(yīng)起來。 本文從微變電容的物理學(xué)原理出發(fā)，闡述了微變電容的工作原理和微弱信號(hào)檢測理論，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件軟件實(shí)現(xiàn)。即采用基于單片機(jī)的周期性直流充放電電路采集數(shù)據(jù)，利用一定的數(shù)字濾波算法分離數(shù)據(jù)得出角度信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)，給出了完整的基于微變電容的角度振動(dòng)傳感器的設(shè)計(jì)方案。 首先，研究了微變電容的工作原理，并分析了系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生的原因，在此基礎(chǔ)上對目前較為常用的微小電容

3、檢測方法和信號(hào)處理算法進(jìn)行了研究對比，得出適合本設(shè)計(jì)的差分電容檢測電路和信號(hào)處理算法，經(jīng)過對比驗(yàn)證，本設(shè)計(jì)可行有效并且便于實(shí)現(xiàn)。 其次，從硬件和軟件上實(shí)現(xiàn)了本檢測理論。以RC串聯(lián)回路直流充放電理論為基礎(chǔ)，單片機(jī)系統(tǒng)為主體，對微變電容進(jìn)行周期性充放電，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)量和角度偏移量的檢測。經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波算法對原始信號(hào)進(jìn)行處理，可以有效地減小噪聲的干擾。同時(shí)快速而準(zhǔn)確地分離出基波分量和高次諧波分量，進(jìn)而得出較好的角度曲線和振動(dòng)曲線。然后利用