基于柔性微杠桿機構的諧振式微加速度計研究.pdf

1、加速度計在國防和民用領域都有著廣泛的應用。MEMS技術為加速度計在高精度、低成本和微型化等幾個發(fā)展方向提供了基礎。諧振式微加速度計是基于MEMS制作技術的、具有高精度、穩(wěn)定性好和準數(shù)字的頻率信號輸出等優(yōu)點的、且有較大發(fā)展前景的導航級新型加速度計。論文系統(tǒng)地研究了諧振式微加速度計設計、制作等相關理論和技術，并制作了樣片。
　　 論文的主要研究工作可概括如下：
　　 綜述了微加速度計技術的發(fā)展概況，總結對比了各種類型微加速度

2、計的特點和發(fā)展，提出了研究新型諧振式微加速度計的研究思路、方法和研究內容。
　　 針對諧振式加速度計的工作原理，討論了梁的橫向彎曲振動理論以及軸向力對彎曲振動的影響；研究了附有集中質量的雙端固定梁固有頻率對軸向力變化的解析關系；為設計加速度計的諧振元件提供了理論基礎。
　　 討論了柔性機構的特點和類型；對基于柔性鉸鏈的微杠桿機構進行了解析分析，研究了柔性鉸鏈各參數(shù)對微杠桿傳力系數(shù)的影響；分析討論了兩級微杠桿機構的類型，并

3、從理論上研究了兩級微杠桿的傳力系數(shù)，研究了兩級杠桿之間的耦合影響，提高了兩級微杠桿傳力系數(shù)的理論分析精度和準確性；優(yōu)化了該兩級杠桿的結構參數(shù)，使其對輸入力的放大倍數(shù)達102；用有限元仿真方法對解析計算結果進行了驗證；設計了基于該兩級微杠桿機構的諧振式微加速度計結構。
　　 在對諧振器的驅動檢測原理和MEMS系統(tǒng)阻尼特性研究的基礎上，設計了諧振器及其梳齒結構的幾何參數(shù)，并進行了仿真分析；所設計的諧振元件的諧振頻率對軸向力的靈敏度約

4、為5.5Hz/μN，在10V驅動電壓下檢測電容值約為0.14pF；討論了諧振器在大氣環(huán)境下的阻尼機制，分析計算了其阻尼系數(shù)和品質因子，計算結果表明所設計諧振器的品質因子約為190。
　　 研究了諧振式加速度計的驅動和檢測電路原理，在此基礎上完成閉環(huán)驅動和檢測的加速度計接口電路設計；主要包括鎖相環(huán)驅動電路、C/V轉換及頻率檢測電路、自動增益控制電路、濾波及移相電路；并對設計電路進行了仿真和調試，結果表明該接口電路能滿足諧振式加速度