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三轴硅微加速度计的集成设计与实现

王涛  
【摘要】:微机械加速度计具有体积小、寿命长、功耗低和易于批量生产的特点,广泛应用于战术导弹中段制导、灵巧炸弹和各种相对低精度的商用场合。随着科学技术的发展和军事、商业市场的需求,尤其是作为微惯性测量单元(MIMU)重要组成部分,高精度三轴单片集成微加速度计成为目前研究的热点。 本文采用微机电集成设计方法完成了一种三轴全差分电容式微加速度计的设计,并结合自行设计的接口检测电路进行了初步测试。论文主要的研究内容如下: 1.建立了线加速度计和摆式加速度计的数学模型,以最大检测灵敏度为优化目标设计了微加速度计的敏感电容结构和弹性连接结构,并对结构的滑膜阻尼和压膜阻尼进行了分析。 2.采用微机电集成设计方法建立了三轴微加速度计的系统级模型,进行了频域和时域的仿真;建立了三轴微加速度计的实体模型,进行了静力分析和模态分析;设计了工艺版图和工艺流程。 3.研究了多种小电容检测电路,设计了基于电荷放大器原理的开关相敏解调检测方案,通过实验测试,有效地检测出小电容变化量。 4.对三轴微加速度计进行了实际加工,并进行了初步的测试,其中X轴和Z轴的灵敏度分别为56.1mV/g,32.6mV/g。 本论文采用集成设计方法对微加速度计的研究,对于有效的提高微加速度的灵敏度和设计水平具有重要的参考价值。


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