电容式微加速度计检测原理与设计分析.pdfVIP

维普资讯 2005年第7卷第 3期 巢湖学院学报 No…7Vo1．3．2005 总第 72期 Joun ofChaohucoUcge GeneralSerialNo．72 电容式微加速度计检测原理与设计分析 汪 浩 (西南科技大学信控学院， 四川绵阳 621001) 摘 要：本文主要介绍电容式加速度计采用差动电容检测电路的数学原理，着重阐述微加速度计的电容变化率 为 徽弱输入信号的检测技术实现。并在设计分析检测徽小电容变化t的电路基础上，进一步采用开关型电路， 来实现检测的电容变化率 目的。 关键词：电容式加速度计；差动电容检测电路 ；开关型电路 中图分类号：TN492 文献标识码：A 文章编号：1672—2868(2005)03-0087-03 引 盲 伴随现代集成电路工艺的不断发展，在惯性技术领域中也产生了深刻变化。其中以集成电路工艺和微机械加工工艺 为基础制造的微机电系统(MEMS)脱颖而出，尤其在近年中，更是高速发展。微机械加速度计(MicroAccelerometer)是微机 电系统具有代表性器件之一，它以其体积小、重量轻、功耗小、易集成而称奇，是微型惯性测量组合的核心器件。随着微 机械加速度计性能提高，应用不断向高精度领域扩展。因此，对微加速度计的性能指标又提出更高要求。在众多类型微加 速度计 中，电容式加速度计应用较为广泛，为提高电容式微加速度计整个系统的精度，其中电路部分的精度是其重要因 素。在此，本文针对微加速度计 电路部分的有关原理和设计进行探究与分析。 1．电容式微加速度计检测电路数学原理 加速度计是按照惯性原理相对惯性空问工作。由于加速度本身很难直接测量，加速度计都是借助于将敏感质量变成 力进行测量。其加速度测量原理是基于牛顿第二定律，作用在物体上的力等于该物体的质量乘 以加速度，加速度作用在 敏感质量上形成惯性力，测量该惯性力，即问接测量出载体所受加速度大小。 在 电容式微加速度计结构中，将敏感质量在加速度作用下产生的位移，用微位移检测电路测出。主要结构是由敏感 部分和电路两部分组成，敏感部分所承受的加速度产生的相对位移，信电路则测量检测敏感质量相对位移，并变成 电信 号形式输出。 如图1、2、3所示，可见电容式微机械加速度计，采用差动电容检测电路，鉴于微机械尺寸很小，故形成电容量极其 微弱。为提高测量结果精度，我们采用差动量测方式。即在差动量测的两部分中，由于在相同环境下受到的干扰噪声基 本一样 。通过相减排除绝大部分干扰，能极大提高信噪比。 誓 l 誓 2 — — — — r — 收稿 日期：2∞5—3—16 作者简介：汪浩(1980- )，男，巢{勰市人，西南科技大学信控学院研究生。 维普资讯 图 3 Q