MEMS加速度传感器计量检测技术的研究进展

MEMS加速度传感器在计量检测中有着广泛的应用。本文综述了MEMS加速度传感器的发展概况,总结了其分类方法、工作原理及特点,并提出发展趋势。     

石英挠性加速度计组合温度误差补偿模型

热效应是影响捷联惯性导航系统精度的重要因素。通过对加速度计组合温度误差来源的分析,结合大量温度试验,着重分析了温度对加速度计组合安装误差角的影响。试验表明,在对加速度计刻度因子与零偏进行补偿的基础上,加入安装误差角的温度补偿之后,加速度计组合测量精度得到较大的提高,平均提高了近3倍。     

石英挠性加速度计时域动态建模及补偿技术的研究

介绍了用电激励测试方法测试石英挠性加速度计时的电路，并从时域角度建立了加速度传感器的动态模型，在此基础上对加速度计动态特性做了补偿。     

石英挠性加速度计参数长期重复性技术研究

石英挠性加速计作为敏感载体加速度的关键器件,其参数的长期重复性直接决定着惯导系统的精度和性能。为了清楚石英挠性加速度计长期重复性机理,从胶粘剂性能变化和焊接应力变化两个方面分析了石英挠性加速度计偏值长期重复性机理;从胶粘剂性能变化和永磁材料稳定性两个方面分析了石英挠性加速度计标度因数重复性机理。在此基础上,提出了从结构优化、新型材料研究、稳定化处理和加速试验四个方面提高石英挠性加速度计参数长期重复性的建议,为开展高精度石英挠性加速计的研制提供了支撑。     

惯性组合三位置现场测试方法

针对陀螺漂移和加速度计零偏,提出了一种三位置现场测试方法。该方法不需要转台,对夹具和测试基准无特殊要求,惯性组件无须精确取向。仿真结果表明,惯性器件测试误差主要由安装失准角和标度因数误差有关。     

硅微陀螺仪的一种新型闭环驱动方案

介绍了一种新的硅微陀螺仪闭环驱动方案.该方案采用推挽驱动方式,即在陀螺仪活动梳齿两边的驱动电极上分别施加同相交流电压和反相直流电压.对驱动性能进行了分析,结果表明驱动力矩的频段与噪声信号频段是分离的.在此基础上,利用锁相技术满足正弦自激振荡的相角和增益条件,建立环路的自激振荡,实现了闭环控制.同时在闭环回路中利用正弦自激振荡的相角条件和锁相环的鉴相特性,消除了驱动信号对驱动检测信号的同频干扰,抑制了环路中的噪声干扰.试验结果显示,驱动电压的频率和幅度的变化量均在0.02%以下,实现了驱动稳幅稳频的目的,陀螺仪精度和可靠性得到了显著提高.     

一种可实现增益、带宽独立调控的低噪声MEMS加速度计接口电路设计

为了进一步满足振梁式加速度计（VBA）对前端放大接口电路增益、带宽以及噪声的更高要求，提出了一种适用于硅微振梁式加速度计的可实现增益、带宽独立调控的低噪声前端放大接口电路。该设计基于T型接口电路的两级拓扑结构，有效解决了增益、带宽和噪声之间的制约问题。通过仿真与实验结果表明，该设计在等效跨阻增益为40MΩ的前提下，最终实现了带宽为410kHz、相位误差为1.2°、等效输入电流噪声密度为8.9fA/Hz。基于该设计的实验样机在上电稳定后1h零偏不稳定性达1.156μg，相较于传统一级跨阻接口电路减小了49.2%（2.274μg），验证了该新型接口电路的可行性和优越性。     

基于灰色近似支持向量机的加速度计参数预测

温度、振动等环境载荷使得石英挠性加速度计参数产生漂移,直接影响了惯导系统的测量精度和性能,石英挠性加速度计参数变化趋势为非线性的,很难用常规的建模方法进行趋势预测。基于灰色理论适合进行小样本、贫信息不确定型系统建模以及近似支持向量机不需要求解二次规划就能求得非线性模型参数的优点,提出了基于灰色近似支持向量机进行石英挠性加速度计参数预测的方法。为了验证该方法的有效性,针对自然贮存的加速度计进行了固定周期的参数标定,结果表明灰色近似支持向量机具有很好的预测效果。     

基于DSP和FPGA的静电悬浮加速度计控制器设计

针对静电悬浮加速度计高稳定悬浮控制和极微小加速度信号处理需求，设计了一种基于数字信号处理（digital signal processor,DSP)和现场可编程门阵列（field programmable gate array,FPGA)的加速度计控制器。该控制器采用DSP作为主控芯片，FPGA为辅助控制芯片。基于加速度计的工作特性，设计了一种加速度计工作模式切换控制策略，可根据加速度计当前工作状态，自动或者手动切换工作模式。基于加速度计的工作原理和测量需求，设计开发了基于FPGA的比例、积分、微分(proportional integral derivative,PID)控制算法和有限冲击响应(finite impulse response,FIR)滤波算法。为验证该控制器的控制性能，开展了地面高压悬浮实验。结果表明，该控制器及控制算法可以快速准确地实现加速度计稳定悬浮控制和模式切换，并且可以实现软件在轨重构和控制参数在轨更新，为后续重力场探测、空间引力波探测以及自主导航等提供了工程参考依据。     

角加速度计在飞行器/水下航行器制导控制系统中的应用

介绍了角加速度计在飞行器/水下航行器制导控制的三个领域:制导控制一体化设计、抗未知瞬发干扰稳定控制、动力学系数辨识中的应用机理。角加速度计作为一种测量用传感器,能够在飞行器/水下航行器运动过程中直接采集俯仰、航向和滚动三个通道的飞行器/航行器本体的角加速度信息。通过对角加速度信息的获取及处理,分析飞行器/水下航行器质心运动与姿态运动的内在联系,同时将角加速度信息与惯性导航转置所采集的信息相互结合,便可以使得系统的动力学系数辨识和制导控制一体化设计成为可能;同时,由于角加速度信息在相位上超前于角速度反馈,因此引入角加速度信息的反馈可以提升飞行器/水下航行器抗未知瞬发干扰的能力。