面外轴向检测MEMS加速度计研究现状

面外轴向检测微机电系统（MEMS）加速度计（Z轴MEMS加速度计）是MEMS惯性系统中用于提供面外加速度信号的重要器件。文章首先介绍了Z轴加速度计的两种典型结构,列举了国内外科研机构近年来的研究成果,概述其在结构设计、工艺制造等方面的特点,以及在性能指标、三轴单片集成等方面的进展。最后,结合Z轴MEMS加速度计的研究现状,对其在结构优化、性能提升、工艺制造、单片三轴集成等方向的发展进行了展望。     

静电悬浮加速度计伺服控制分析

根据广义相对论原理选定的坐标系参照物为理想情况下在轨道上自由飘浮的卫星, 据此讨论静电悬浮加速度计检验质量块的运动和电极笼的运动, 得到检验质量在电极内运动的动力学方程, 证明以往相关文献提供的公式存在明显缺陷; 在此基础上分析了伺服控制电路, 给出了电阻尼系数、闭环自然谐振的角频率(或称为加速度计的基础角频率)、受静电负刚度等非受控刚度制约的角频率、来自于静电悬浮的加速度、检验质量的相对位移等一系列表达式, 从而提出必须有足够的增益以提供适度的闭环自然谐振角频率. 给出了位置噪声引起的加速度噪声表达式, 证明当伺服回路的增益足够大时, 在悬浮频带内检验质量的相对位移几乎为零.      

An empirical relation to correct storm-time thermospheric mass density modeled by NRLMSISE-00 with CHAMP satellite air drag data

With the help of STAR (Spatial Triaxial Accelerometer for Research) accelerometer measurements on board CHAMP (Challenging Minisatellite Payload), the global distributions of total mass density changes at about 400 km height during major magnetic storms are studied, aiming to improve the capability of current thermospheric model for predicting the storm-time mass density distribution. The density calculated by the NRLMSISE-00 model without using the geomagnetic active index as input is taken as a reference on top of which the storm-time changes are added. In total 19 storm events during 2001–2004 are used to perform a comprehensive statistical analysis. A relative calibration of drag coefficient along with accelerometer calibration parameters is made by fitting the CHAMP observed initial mass densities in with the NRLMSISE-00 model on quiet days before each storm. The dependences of the storm-time changes in mass density on both the total global Joule heating power, ∑_Qj$\sum Q_{\text{j}}$ and the high-resolution ring current index, Sym-H, are investigated. The lag times of mass density changes with respect to the Joule heating and Sym-H variation are obtained as a function of latitude and sunlight. By using a multiple linear regression analysis with proper time shift, an empirical relation connecting storm-time changes in mass density for 400 km height with the two parameters, ∑_Qj$\sum Q_{\text{j}}$ and Sym-H, has been worked out for different latitude and sunlight conditions (day-side or night-side). Adding a correction calculated from the empirical relation to the NRLMSISE-00 model reference leads to a better prediction of storm-time thermospheric mass density distribution.     

线加速度计高次项系数校准初探

对线加速度计高次项系数的校准方法进行了初步的探讨和研究,对加速度高次项系数校准的影响因素进行了分类和初步分析,对数据处理方法进行了初步算法仿真,为进一步研究线加速度计高次项系数校准奠定了基础.     

一种分体式石英振梁加速度计的研制

加速度计作为导航制导系统的重要元件，要在严酷的条件下及系统全生命周期内保证精度、稳定性、线性度等性能指标要求，这对加速度计的研制提出了极大的挑战。介绍了一种基于振梁谐振和力频特性原理的分体式石英振梁加速度计，给出了加速度计的总体结构和简化的力学模型，并进行了受力分析，指出不能简单通过增加摆质量的厚度来提高加速度计的标度因数。阐述了用双端固定音叉结构制作石英振梁的工艺加工过程，指出铬金掩膜的制作是振梁加工的关键工序。针对振梁等效参数，电路采用具有更大增益的双门振荡器方案。最后，对加速度计进行了标定测试，标度因数为55Hz/g，量程达到±70g，4h的零偏稳定性为8.1μg。测试结果表明，双振梁推挽差分输出的设计有效改善了加速度计的零偏稳定性。     

改进的格网惯导系统无阻尼综合校正方法

综合校正技术可作为抑制格网惯导系统（INS）导航误差的有效手段。加速度计零偏所造成的水平姿态误差是导致综合校正中陀螺漂移估计精度受限的重要因素。针对这一问题，提出了一种改进的无阻尼综合校正方法。首先，推导了格网坐标系框架下估计加速度计零偏和姿态的目标函数；其次，介绍了无阻尼条件下综合校正的两个核心方程；最后设计了无阻尼两点校策略。综合校正前，在多普勒计程仪（DVL）提供的速度辅助下完成加速度计零偏的估计和补偿，以此消除加速度计零偏所造成的水平姿态误差对综合校正中陀螺漂移估计精度的影响。在两次间断的外部位置和航向辅助下通过所设计的综合校正策略完成对陀螺漂移的估计。校正策略中所涉及的水平姿态误差在DVL辅助下由参数估计方法估计得到。仿真及实验结果表明：与现有的研究相比，所设计的综合校正方案进一步减少了DVL的辅助时间，同时由于准确地估计和补偿了加速度计零偏，陀螺漂移的估计精度显著提高，该方案在抑制导航误差方面具备更明显的优势。     

石英振梁加速度计研究现状及发展趋势

石英振梁加速度计是一种基于振梁谐振和力频特性原理的新型全固态惯性传感器，具有高精度、大量程、低功耗、直接频率脉冲输出等突出特点，已被广泛应用于战术武器系统。简要介绍了石英振梁加速度计的工作原理、技术特点，梳理了分体式和一体式两种仪表结构的研究现状和关键技术。结合国外研究发展趋势，指出石英振梁加速度计将成为后续达到摆式积分陀螺加速度计精度和抗辐照指标、满足战略级需求最有可能的加速度计方案。     

MEMS加速度计的封装建模与粘胶优化

随着MEMS加速度计应用领域的逐渐扩大，其工作环境的温度区间跨度也在不断增大，如何降低由封装过程引入的温度漂移量是MEMS加速度计设计的关键。对一种玻璃-硅-玻璃梳齿加速度计的完整封装结构进行了建模，并且对5种粘胶方式进行了热应力形变仿真，对仿真中温度性能最好的远三点粘胶和最差的全面粘胶这两种方式进行了装表与温度系数测试。实测结果表明，远三点粘胶的加速度计温度性能相比全面粘胶提升了2.5倍，与仿真结果相符。     

小波分析在旋转加速度计寻北仪信号处理中的应用

为有效地消除噪声对旋转加速度计寻北仪信号的影响,提高寻北精度,在平稳小波多尺度分析原理的基础上,将平稳小波应用到旋转加速度计信号处理中,并与传统小波多尺度分析进行了对比.经过理论分析和实验验证,平稳小波和传统小波都能在一定程度上抑制噪声对信号的影响,但平稳小波的性能优于传统小波.     

基于AFSA的加速度计温度误差建模及参数辨识技术研究

减小温度变化对石英挠性加速度计输出的稳定性的影响,对提高惯性导航系统的精度有十分重要的意义。在建立石英挠性加速度计静态温度模型的基础上,采用AFSA对模型参数进行寻优,并给出了详细的建模步骤。结果分析表明,人工鱼群算法能够准确,快速的寻到模型参数。根据所建立的温度模型对加速度计输出进行补偿,加速度计的温度特性有了明显的改善。