雙軸振動傳感器的研制.pdf

1、本論文研究了采用微機械加工技術(shù)(MEMS)制作的雙軸電容式振動傳感器，其基本工作原理是利用慣性質(zhì)量塊在外界加速度的作用下與檢測電極間的空隙發(fā)生改變，從而引起等效電容的變化來測定振動加速度的。該振動傳感器具有制作工藝簡單、溫度系數(shù)小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。論文工作主要分為兩個部分：
　　一、在詳細分析差分電容式加速度傳感器工作原理的基礎(chǔ)上，對加速度敏感芯片進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和具體分析。為使二維振動傳感器在兩主軸方向的靈敏度大致相同，敏感元件采

2、用高度對稱的四梁結(jié)構(gòu)，其中每個軸向上均采用帶折疊梁的雙側(cè)叉指電容結(jié)構(gòu)，采用體硅微機械工藝制作的高深寬比叉指電容式敏感元件，具有高靈敏度、寬量程、非線性誤差小、外圍電路簡單等優(yōu)點；對設(shè)計的敏感元件結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了計算，并利用有限元法進行了仿真分析，根據(jù)仿真結(jié)果得出了優(yōu)化參數(shù)；在確定敏感結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究了敏感元件采用體硅微機械加工工藝制作的工藝流程和關(guān)鍵工藝技術(shù)；對敏感芯片內(nèi)部的C-V接口電路進行了原理設(shè)計與分析，利用差動測量技術(shù)得到由振動

3、引起的微小電容變化量，經(jīng)C-V接口電路進行相位調(diào)制處理，然后通過解調(diào)輸出與加速度成正比的電壓信號。
　　二、對后端信號處理電路進行了設(shè)計及仿真，在外殼設(shè)計的基礎(chǔ)上制作出了雙軸振動傳感器樣品，并對其基本性能指標(biāo)進行了測試與分析。后端信號處理電路通過放大電路及濾波電路，將敏感芯片輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成符合產(chǎn)品性能指標(biāo)的電壓信號，經(jīng)過電路仿真及實驗驗證了電路的可行性；利用精密機械加工技術(shù)制作的外殼使得傳感器整體化、小型化；對產(chǎn)品實際性能測