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硅微电容式、隧道式加速度计检测技术研究

汇报人：

2023-11-19

引言

硅微电容式加速度计检测技术

隧道式加速度计检测技术

实验及结果分析

结论与展望

参考文献

contents

目

录

01

引言

背景

硅微电容式和隧道式加速度计在许多领域具有广泛的应用，如惯性导航、振动监测、安全控制等。然而，在复杂的环境条件下，其检测精度和稳定性受到限制。

意义

通过对硅微电容式和隧道式加速度计检测技术的研究，提高其检测精度和稳定性，对于增强其应用领域的性能具有重要意义。

国内在硅微电容式和隧道式加速度计检测技术方面取得了一定的进展，如优化设计、加工工艺改进、误差补偿等方面的研究。

国内研究现状

国外在硅微电容式和隧道式加速度计检测技术方面发展迅速，如高精度、低噪声、抗干扰等方面的研究。

国外研究现状

随着科技的不断进步，硅微电容式和隧道式加速度计检测技术将朝着更高精度、更低噪声、更强抗干扰等方向发展。

发展趋势

本研究旨在通过对硅微电容式和隧道式加速度计检测技术的研究，提高其检测精度和稳定性。具体研究内容包括：优化设计、加工工艺改进、误差补偿等。

研究内容

本研究将采用理论分析、实验研究和数值模拟等方法进行研究。其中，理论分析用于建立硅微电容式和隧道式加速度计的数学模型，分析其工作原理和误差来源；实验研究用于测试不同条件下硅微电容式和隧道式加速度计的检测性能；数值模拟用于模拟硅微电容式和隧道式加速度计在不同环境条件下的性能表现。

研究方法

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硅微电容式加速度计检测技术

基于硅微机械加工技术

利用硅微机械加工技术制造出具有高品质电容结构的加速度计，具有高灵敏度、低噪音等优点。

检测电容变化

加速度计工作时，通过检测固定极板与可动极板之间电容的变化来感测加速度。当加速度作用时，可动极板会发生位移，从而改变固定极板与可动极板之间的电容。

加速度计结构

硅微电容式加速度计通常由可动极板、固定极板和支撑结构组成。可动极板通常采用梳齿结构，以提高灵敏度。固定极板包含多个电容极板，用于检测电容变化。支撑结构则保证整体结构的稳定性和可靠性。

由于硅微电容式加速度计输出的电容变化量非常小，因此需要采用放大电路将信号放大，以便后续处理。常用的放大电路包括电压放大器和跨阻放大器。

信号放大

为了消除环境噪声和干扰，需要对信号进行滤波处理。常用的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器和陷波滤波器。

信号滤波

经过放大和滤波后的信号需要经过A/D转换器转换为数字信号，以便计算机进行处理。常用的A/D转换器为模数转换器（ADC）。

A/D转换

静态性能测试

01

测试硅微电容式加速度计的静态性能指标，如零偏稳定性、灵敏度和重复性等。通过在静止状态下对加速度计进行测试，可以评估其性能水平。

动态性能测试

02

测试硅微电容式加速度计的动态性能指标，如频率响应、幅频特性和相频特性等。通过在动态状态下对加速度计进行测试，可以评估其在不同频率下的性能表现。

环境适应性测试

03

测试硅微电容式加速度计在不同环境下的性能表现，如温度、湿度和气压等。通过在不同环境下进行测试，可以评估其环境适应性水平。

03

隧道式加速度计检测技术

隧道式加速度计是一种基于力学原理的传感器，通过检测物体运动过程中的加速度变化来测量加速度。

基于力学原理

它主要由一个质量块和两个相对的隧道电极组成。当质量块受到加速度作用时，会产生位移，从而改变隧道电极之间的距离。

测量质量块位移

这种位移变化会改变电容值，因此通过测量电容的变化就可以推算出物体受到的加速度。

电容变化测量加速度

放大与滤波

信号数字化

数据处理与解析

输出与显示

01

02

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04

由于隧道电流非常微弱，所以需要对其进行放大和滤波以提取有用的信号。

将模拟信号转化为数字信号，便于后续处理和分析。

对数字信号进行处理和解析，提取出加速度信息。

将处理后的数据输出并显示给用户。

通过测试不同加速度下的隧道电流变化，评估其灵敏度。

灵敏度测试

检查传感器输出与输入加速度之间的线性关系。

线性度测试

评估传感器在不同条件下的重复测量能力。

重复性测试

检查传感器长时间运行后的稳定性。

稳定性测试

04

实验及结果分析

实验设备

硅微电容式和隧道式加速度计各10个，测试仪器（包括信号发生器和示波器）1套。

实验目的

对比研究硅微电容式和隧道式加速度计的检测性能，包括分辨率、线性度、温度系数等。

实验方法

将两种加速度计分别固定在振动台上，对每个加速度计进行正弦波振动测试，记录输出信号并进行分析。

去除异常数据，平滑处理数据曲线。

数据清洗

数据分析

结果展示

提取关键指标（如分辨率、线性度、温度系数）并进行分析。

绘制散点图和柱状图，直观展示两种加速度计的性能差异。

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对比分析两种加速度计的关键指标，得出结论。

比