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静电负刚度微机电加速度计的两种检测模式分析 被引量:2
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作者 吴天豪 张晶 +1 位作者 朱欣华 苏岩 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期645-649,共5页
为了探索能大幅提高灵敏度的全新检测模式,针对频率检测和模态局部化检测两种检测模式的静电负刚度微机电加速度计,进行了原理分析和仿真比较。通过分析两种检测模式下加速度计的敏感、检测原理,推导出其振动方程和检测信号的理想模型... 为了探索能大幅提高灵敏度的全新检测模式,针对频率检测和模态局部化检测两种检测模式的静电负刚度微机电加速度计,进行了原理分析和仿真比较。通过分析两种检测模式下加速度计的敏感、检测原理,推导出其振动方程和检测信号的理想模型。研究发现系统的耦合系数和静电力是影响灵敏度与线性度的关键因素,并对此进行了有限元仿真与分析。仿真分析结果表明基于模态局部化检测的加速度计灵敏度为4.8/g,相对灵敏度为3800000 ppm,与传统频率检测方式相比相对灵敏度提高了三个数量级。同时耦合系数与模态局部化检测的加速度计相对灵敏度呈负相关增长趋势;静电力与两者相对灵敏度呈正相关趋势。针对两种检测方式的比较和影响两种检测模式性能因素的研究,对未来提高加速度计性能和结构设计提供一定的理论支持。 展开更多
关键词 模态局部化 静电负刚度微机电加速度计 灵敏度 耦合系数 静电
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静电负刚度调谐加速度计的力平衡闭环检测控制方法 被引量:3
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作者 张晶 刘雨东 +2 位作者 王皓 苏岩 朱欣华 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期374-380,共7页
静电负刚度调谐加速度计(EFMA)在设计原理上具有兼顾电容式加速度计和谐振式加速度计相关优点的潜力。然而由于静电刚度对应的极板位移具有明显的非线性效应,使得EFMA在大量程应用中标度因数非线性较差,成为了当前制约EFMA量程提升的重... 静电负刚度调谐加速度计(EFMA)在设计原理上具有兼顾电容式加速度计和谐振式加速度计相关优点的潜力。然而由于静电刚度对应的极板位移具有明显的非线性效应,使得EFMA在大量程应用中标度因数非线性较差,成为了当前制约EFMA量程提升的重要因素。基于EFMA频率输出的特点,推导了力平衡控制量并开展了力平衡控制环路的设计与研究;结合EFMA敏感器件完成实验室样机的调试与性能测试,对比了有、无力平衡闭环检测电路的量程与标度因数非线性,在保证EFMA零偏稳定性、标度因数稳定性不受影响的情况下将其标度因数从5 Hz/g提升到了24.5 Hz/g,量程从±1 g提升到了±25 g,结果验证了基于频率检测的力平衡闭环检测控制方法的可行性和优越性。 展开更多
关键词 静电刚度调谐速度计 闭环检测 力平衡控制 标度因数非线性
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硅微静电加速度计的支承刚度特性 被引量:1
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作者 韩丰田 吴秋平 +2 位作者 孙搏谦 张汉蒸 马高印 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期100-103,124,共5页
静电加速度计通过降低带宽和量程在空间微重力环境下可以实现极高的分辨率。设计了一种采用玻璃-硅-玻璃"三明治"结构、平行六面体状检验质量、体硅加工工艺的三轴硅微静电加速度计,推导并讨论了静电支承回路的典型刚度特性... 静电加速度计通过降低带宽和量程在空间微重力环境下可以实现极高的分辨率。设计了一种采用玻璃-硅-玻璃"三明治"结构、平行六面体状检验质量、体硅加工工艺的三轴硅微静电加速度计,推导并讨论了静电支承回路的典型刚度特性与控制参数之间的关系式。采用基于DSP的数字控制器,实现了敏感质量的六自由度稳定支承,在大气环境下测试了静电支承回路的主要性能。分析与测试结果表明,在支承系统频带内,支承刚度特性与控制器参数及气膜阻尼系数密切相关;同时,改变预载电压可以在较大范围内在线调整加速度计的量程和支承刚度等指标。 展开更多
关键词 微机系统 微机速度计 空间静电速度计 静电支承 支承刚度
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静电伺服微加速度计的量程设计 被引量:4
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作者 何晓平 张德 文贵印 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2003年第6期90-93,共4页
详细推导了静电伺服加速度计在定极板上施加直流偏压、交流驱动电压,动极板上有反馈直流电压和交流检测电压的情况下,检测质量(动极板)受到的静电力。通过对静电力的分析,得出静电伺服微加速度计的量程除了受系统能提供的最大静电力限制... 详细推导了静电伺服加速度计在定极板上施加直流偏压、交流驱动电压,动极板上有反馈直流电压和交流检测电压的情况下,检测质量(动极板)受到的静电力。通过对静电力的分析,得出静电伺服微加速度计的量程除了受系统能提供的最大静电力限制外,还需满足电刚度小于与机械刚度的条件,该电刚度是极板上所有的直流电压、交流电压产生的电刚度之和。离心实验证明,利用该原则设计的“叉指”结构静电伺服微加速度计的量程达到了设计值。该设计原则可以为此类加速度计的设计提供参考。 展开更多
关键词 静电伺服微速度计 量程设计 刚度 静电 直流偏压 交流驱动 动极板 定极板
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硅微静电悬浮加速度计实验研究
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作者 张汉蒸 韩丰田 +1 位作者 孙搏谦 马高印 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2014年第3期34-36,共3页
硅微静电加速度计将静电悬浮技术与微机械加工工艺相结合,在空间微重力环境下通过降低量程可实现极高的分辨率。设计了一种玻璃—硅—玻璃三明治结构、平行六面体状检测质量、体硅加工工艺、低量程的三轴硅微静电加速度计,分析了加速度... 硅微静电加速度计将静电悬浮技术与微机械加工工艺相结合,在空间微重力环境下通过降低量程可实现极高的分辨率。设计了一种玻璃—硅—玻璃三明治结构、平行六面体状检测质量、体硅加工工艺、低量程的三轴硅微静电加速度计,分析了加速度计的力平衡回路特性。采用基于DSP的数字控制器,实现了检测质量的六自由度稳定悬浮。在大气环境下测试了静电加速度计的性能。测试结果表明:加速度计x轴的带宽为88.1 Hz,量程为0.220 g n;y轴的带宽为118.2 Hz,量程为0.313 g n;z轴的带宽为10.7 Hz,量程为3.53 g n。 展开更多
关键词 微机系统 微机速度计 静电速度计 静电悬浮
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检测电压对一种新型谐振式微加速度计的影响 被引量:7
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作者 刘恒 张富堂 +2 位作者 张凤田 何晓平 苏伟 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第9期1261-1265,共5页
静电作用在在平行板电容器上会产生等效静电负刚度,介绍了基于静电刚度的谐振式微加速度计设计原理,建立了其动力学模型。根据检测电压的约束条件,求解了其可行范围。同时分析了检测电压对系统灵敏度、可靠性和量程及输出电压的影响。... 静电作用在在平行板电容器上会产生等效静电负刚度,介绍了基于静电刚度的谐振式微加速度计设计原理,建立了其动力学模型。根据检测电压的约束条件,求解了其可行范围。同时分析了检测电压对系统灵敏度、可靠性和量程及输出电压的影响。分析结果表明:检测电压越大,灵敏度越大,但可靠性和量程会相应减少,反之亦然;直流检测电压的存在使得输出电压不受检测电容并行的寄生电容影响。理论分析结果为谐振式微传感器的系统设计提供了重要依据。 展开更多
关键词 微机子系统 速度计 检测 静电刚度
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谐振式微加速度计驱动和检测结构设计及制作 被引量:1
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作者 何高法 唐一科 +2 位作者 周传德 何晓平 吴英 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期997-1001,共5页
基于谐振式加速度计的工作原理和结构特点,设计了一种新型微加速度计谐振器,用解析法和有限元法计算了谐振器的横向驱动力以及其处于谐振状态时的检测电容值。综合粘性阻尼、运动阻尼和气膜阻尼,分析了谐振器在大气环境下的阻尼和品质... 基于谐振式加速度计的工作原理和结构特点,设计了一种新型微加速度计谐振器,用解析法和有限元法计算了谐振器的横向驱动力以及其处于谐振状态时的检测电容值。综合粘性阻尼、运动阻尼和气膜阻尼,分析了谐振器在大气环境下的阻尼和品质因子。应用MEMS(microelectromechanical system)工艺,完成了微加速度计谐振器的制作。测试结果表明:谐振器性能良好,谐振频率为54523.5 Hz,与设计的理论值误差约为13.6%。 展开更多
关键词 微机系统 速度计 谐振器 静电梳齿
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MEMS高g值加速度计力学分析 被引量:3
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作者 李仁锋 文贵印 程永生 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2005年第7期35-37,40,共4页
运用有限元软件ANSYS并结合刚度矩阵算法对一种高g值加速度计结构进行了应力分析和模态分析,得到了在50000gn值的冲击下加速度计的应力、最大位移、模态响应,表明该结构能够在高冲击环境下安全工作。
关键词 微机系统 速度计 有限元法 刚度矩阵算法
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静电悬浮转子微陀螺及其关键技术 被引量:20
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作者 崔峰 苏宇锋 +3 位作者 张卫平 吴校生 陈文元 赵小林 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2005年第6期61-67,共7页
静电悬浮转子微陀螺具有比振动式微陀螺精度高的潜在优点,并可同时测量二轴角速度和三轴线加速度。介绍了静电悬浮转子微陀螺的研究现状。对该静电悬浮转子微陀螺/加速度计的工作原理、特点进行了分析,并对实现高精度静电悬浮转子微陀螺... 静电悬浮转子微陀螺具有比振动式微陀螺精度高的潜在优点,并可同时测量二轴角速度和三轴线加速度。介绍了静电悬浮转子微陀螺的研究现状。对该静电悬浮转子微陀螺/加速度计的工作原理、特点进行了分析,并对实现高精度静电悬浮转子微陀螺/加速度计的关键技术如静电稳定悬浮、微位移检测控制、静电恒速旋转驱动、微机械加工和真空封装技术等进行了探讨。指出这一新颖MEMS陀螺是高精度多轴集成微惯性传感器技术发展的一个重要方向,具有广阔的应用前景和较大的发展潜力。 展开更多
关键词 微机系统 微陀螺 速度计 转子 静电悬浮
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